EP0208196A2 - Einrichtung zum automatischen Überwachen einer Flamme - Google Patents

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EP0208196A2
EP0208196A2 EP86108632A EP86108632A EP0208196A2 EP 0208196 A2 EP0208196 A2 EP 0208196A2 EP 86108632 A EP86108632 A EP 86108632A EP 86108632 A EP86108632 A EP 86108632A EP 0208196 A2 EP0208196 A2 EP 0208196A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flame
cutting
pressure
nozzle
heating
Prior art date
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Ceased
Application number
EP86108632A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0208196A3 (de
Inventor
Georg Roeder
Helmut Sachs
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Messer Griesheim GmbH
Original Assignee
Messer Griesheim GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Messer Griesheim GmbH filed Critical Messer Griesheim GmbH
Publication of EP0208196A2 publication Critical patent/EP0208196A2/de
Publication of EP0208196A3 publication Critical patent/EP0208196A3/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/48—Nozzles
    • F23D14/52—Nozzles for torches; for blow-pipes
    • F23D14/54—Nozzles for torches; for blow-pipes for cutting or welding metal

Definitions

  • the invention relates to a method for automatically monitoring a flame according to the preamble of claim 1.
  • the tool in particular the cutting torch, is automatically moved by a preferably numerically controlled flame cutting machine in accordance with a predetermined processing pattern.
  • This automatic burner positioning means shorter set-up times and higher component accuracies.
  • the automatic switching and positioning processes must be monitored in order to guarantee an automatic process on the one hand and on the other hand to reduce the risk of rejects.
  • a method for monitoring flames in particular the flame of a cutting torch, is known, in which the electrical potential difference which forms in the area of the flame or the conductivity of the ionized flame is used for monitoring (Swiss Patent 420,022).
  • the potential difference is detected by probe electrodes arranged in the flame.
  • a device for monitoring a flame cutting process is known from GB-PS 12, 41, 129, with which a cut tear can be detected.
  • a body is attached to the cutting nozzle, in which two channels are provided with outlet bores directed towards the workpiece surface, one channel being connected to a compressed air source and the other measuring channel to pressure switches.
  • the compressed air flow directed at the workpiece surface is set so that no pressure changes occur in the adjacent measuring channel during a continuous flame cut with the heating flame and the cutting oxygen jet.
  • the gases or the flames on the workpiece surface are deflected laterally and influence the compressed air flow. This leads to a change in the pressure in the measuring channel.
  • Such a device only detects changes in the gas or flame during flame cutting with a defined height adjustment of the torch with the measuring device to the workpiece surface. If there is a large distance between the burner and the workpiece, as is specified in particular when the heating flame (fuel gas and heating oxygen) is ignited automatically, no measuring signals can be generated with such a measuring device.
  • the "mobility" of the burner is restricted by the additional arrangement of a housing in which the channels are arranged. Flame cutting within a groove or on a wall of a step-shaped workpiece is only possible to a limited extent. The travel range of the burner is limited by the measuring device. The additional arrangement of the measuring device in the work area increases the risk of collision between the workpieces to be machined and the burner / measuring device combination.
  • the channels In order to ensure a functional operation of the measuring device, the channels must be in the immediate area of the gas streams / flame be arranged. During flame cutting, this leads to cooling of the workpiece surface by the compressed air flowing out and thus to a reduction in the heating power.
  • the opposing heating flame is influenced by the compressed air stream escaping on one side, which can lead to a cut-off in particular when flame cutting with a leading heating flame. In this case, the turbulence of the heating flame or heating flames generated by the compressed air flow leads to a lifting of the heating flame from the outlet side of the burner nozzle.
  • the operating medium compressed air is consumed during the entire on-time of the flame cutting machine by the continuously escaping compressed air flow, which leads to high costs.
  • the additional compressed air lines lead to an increased risk of twisting and twisting of the hose package.
  • the additional measuring device increases the burner weight and thus the masses to be moved during the flame cut.
  • the invention has for its object to avoid the use of additional measurement gases and sensors arranged outside the burner for automatic monitoring of the flame and to provide a device for automatic monitoring of the flame, which is simple and inexpensive to implement and does not interfere with the machining process device geometry leads.
  • the gas supply is automatically interrupted after a preset time if the flame does not come from the monitoring device and, on the other hand, a follow-up sequence on a machine tool after the flame has been generated by the monitoring device , especially flame cutting machine, released.
  • the pressure measurement of flame gases via pressure signal bores or channels arranged in the burner and the supply of the pressure via hoses connected to the channels or bores and the like to the monitoring device avoid collision risks and the device geometry is changed only insignificantly. Due to the arrangement of pressure signal bores, preferably in the heating nozzle, and the transmission of this pressure within the burner via channels, no additional external geometric shapes of the burner need to be taken into account when programming the machining contour. This makes programming easier.
  • the combustion pressure present after the ignition and formation of the flame is measured and, in the event of sudden pressure changes, the gas supply and preferably the subsequent process are switched off immediately.
  • the displacement of the combustion of the heating gases from the nozzle face into the inside of the cutting torch produces a change in the pressure state at the measuring point from an overpressure to a 'lower pressure level.
  • This pressure drop generates a signal with which the magnetic valves of the heating gases close for the cutting torch affected by the kickback.
  • the cutting torch is advantageously protected from burning out and thus from being destroyed.
  • the advantages achieved by the invention are that, preferably after ignition, a signal is available which reports the formation of the flame, regardless of the distance between the torch and the workpiece and without the use of additional measurement gases.
  • the outer and inner torch geometry does not affect the machining process, nor does it affect programming and process-related impairments, such as impairments to the torch guidance.
  • the method is particularly advantageous for flame cutting workpieces with a cutting torch which is moved by a numerically controlled flame cutting machine. Can with such a method on the monitoring of flashbacks If the cutting torch is dispensed with due to other safety devices or measures, an advantageous device for carrying out the method according to the invention is the detection of the pressure in the cutting oxygen channel. Additional pressure signal holes may be allotted and it must only for a barrier between the monitor and the S chneidsauerstoffkanal taken during the burning section preparedness will be.
  • FIG. 1 shows an overview circuit diagram of the gas flame monitoring device in a schematic simplified illustration
  • Fig. 2 shows a section A of Fig. 1 in a half-sectional view.
  • Fig. 1 the cutting torch with 10, the flame cutting nozzle with 11, the fuel gas line with 12, the cutting oxygen line with 13 and the heating oxygen line with 14.
  • the lines 12, 13, 14 are connected to the cutting torch 10 via the torch connections 15, 16, 17 and to the supply sources for fuel gas, cutting oxygen and heating oxygen, not shown, via hose connections, not shown.
  • Shut-off devices 18, 19, 20, which are preferably designed as solenoid valves, are preferably arranged in lines 12, 13, 14 in front of the gas quantity controls, which are not shown in detail.
  • the windings of the control magnets 25, 26, 27 are connected via control lines 21, 22, 23 to a controller 24, preferably an NC flame cutting machine controller.
  • the cutting torch 10 consists essentially of the valve body 28 with the torch connections 15, 16, 17, the torch head 29 and the valve body and torch head connecting guide tube 30.
  • An injector not shown, is arranged in the valve body 28 and is connected on the inflow side to the fuel gas and heating oxygen line and on the outflow side to the heating gas supply tube, not shown.
  • Heating gas is understood as a mixture of fuel gas and heating oxygen.
  • the heating gas supply pipe is connected to the burner head 29 on the outflow side.
  • a heating gas bore 31 (FIG. 2) is provided in the burner head 29, which is connected to the heating gas supply pipe and opens into an annular space 32.
  • the annular space 32 is connected to the annular heating channel 33 of the cutting nozzle 11.
  • a cutting oxygen tube is connected to a cutting oxygen bore 34 arranged in the torch head 29 via the burner connection 16 for cutting oxygen and bores arranged in the valve body 28.
  • the cutting oxygen bore 34 is connected to the cutting oxygen channel 35 of the cutting nozzle 11.
  • the flame cutting nozzle 11 is preferably designed as a two-part nozzle.
  • the cutting nozzle 36 contains the cutting oxygen channel 35 and the heating slots 37 for the supply of the heating gas.
  • the heating nozzle 38 surrounds the cutting nozzle 36, so that the annular heating channel 33 is formed by the outer contour of the cutting nozzle and the inner contour of the heating nozzle and the heating slots 37 are sealed off from the outside.
  • the cutting nozzle 36 is preferably set back relative to the heating nozzle 38, regardless of the fuel gas (slow or fast. Burning fuel gas). Due to the recessed arrangement of the cutting nozzle 36, a cylindrical measuring space 40 is formed between the front side 39 of the heating nozzle and the front side 41 of the cutting nozzle 36. In the measuring space 40, a larger-diameter annular groove 42 is provided in the heating nozzle 38, into which a pressure signal bore 43 provided in the heating nozzle 38 opens.
  • the cutting nozzle 36 and the heating nozzle 38 are connected to the torch head 29 by means of threaded connections 44, 45.
  • the burner head 29 has at its end facing the nozzle 11 an annular groove 46, in the outer wall 47 of which the heating nozzle 38 is screwed.
  • In the circular center pin 48 of the burner head 29 is one with the Cutting oxygen bore 34 connected larger bore 49 is provided, in which the cutting nozzle 36 is screwed.
  • the bore 49 and the outer wall 47 are formed as a conical seat 50, 51 at their end facing the nozzle 36, 38.
  • Correspondingly shaped conical surfaces 52, 53 are provided on the circumference of the cutting nozzle 36 and the heating nozzle 38, which bear against the conical seats 50, 51 of the torch head 29 after the nozzles 36, 38 have been screwed in.
  • an annular groove 54 provided 55th
  • the pressure signal bore 43 arranged in the heating nozzle 38 opens into an annular gap 56 formed on the conical surface 53, via which the pressure signal bore 43 is connected to a pressure signal duct 57 arranged in the burner head 29.
  • two pressure signal bores 43 are arranged in the heating nozzle, which open into the annular gap 56.
  • the pressure signal channel 57 is connected to the valve body 28 via pressure signal lines 58 (FIG. 1). Pressure bores, not shown, are provided in the valve body 28, to which an angled connection 59 with a flame arrester 60 is connected.
  • the flame arrester 60 is connected via a measuring hose 61 to a pressure evaluation unit 62, preferably a membrane switch, which is coupled to the controller 24 via a signal line 63.
  • the controller 24 is also connected via a control line 64 to an ignition device 65 which automatically ignites the heating gas via an ignition burner arranged outside or preferably via an ignition wire arranged inside the cutting oxygen channel.
  • the cutting oxygen channel is connected to the heating gas channel via a transverse bore in the preferably used internal ignition.
  • the ignition device 65 After a predetermined period of time, preferably less than 500 milliseconds after opening the shut-off elements 18, 20 after which an escape of the heating gases from the flame cutting nozzle 11 is ensured, the ignition device 65 is automatically switched by the controller 24 via the control line 64. The ignition device 65 generates an ignition flame outside the cutting torch 10, but in the vicinity of the flowing heating gases.
  • the ignition device 65 preferably generates an ignition spark in the cutting oxygen bore 34 via an ignition wire (not shown).
  • the cutting oxygen hole is connected to the heating gas hole via a connecting channel, so that a part of this heating gas is in the flowing heating gas Cutting oxygen bore 34 accumulates and can be ignited by means of a spark.
  • a timer is advantageously arranged within the ignition device 65 or within the controller 24, by means of which the ignition is repeated over a predetermined period of time.
  • the pressure difference which now arises in the measuring chamber 40 is conducted via the annular groove 42 arranged in the measuring chamber and at least one pressure signal bore 43 to the annular gap 56 and via the pressure signal channel 57 the pressure signal line 58, the bore arranged in the valve body, the angle connection 59 with the Flame barrier 60 and the measuring hose 61 of the pressure evaluation unit 62 supplied.
  • This measuring signal overpressure compared to atmospheric pressure causes a potential-free changeover contact of the membrane switch 62 to change its contact position and only return to the starting position (starting position - atmospheric pressure) when the heating gases are no longer burning.
  • the electrical signal generated by the change in the contact position of the changeover contact is supplied to the controller 24 via the signal line 63 and releases the subsequent sequence.
  • the signal can be used to switch a timer which, after a preset period of time, opens the shut-off element 19 via the control line 22 and thus releases the cutting oxygen supply.
  • the pressure increase occurring in the measuring space 40 due to the volume expansion of the heating gases is essentially formed by non-burning gases of the heating flame 69 (flame cone and auxiliary flame). Since these unburned gases, which are split off from the heating gas, are conducted into the pressure signal bore via the annular groove 42, the angle connection 59 is provided with a flame arrester 60, which advantageously damages the pressure evaluation unit prevented in the case of flames migrating into the pressure sign bore.
  • the measurement signal can also be fed to a PE pressure evaluation unit, which transmits the membrane movement caused by the measurement signal pressure, for example to the wiper of a potentiometer, and thus continuously converts the measurement signal pressure into an electrical signal that continuously changes an electrical quantity as the measurement signal pressure increases.
  • a PE pressure evaluation unit which transmits the membrane movement caused by the measurement signal pressure, for example to the wiper of a potentiometer, and thus continuously converts the measurement signal pressure into an electrical signal that continuously changes an electrical quantity as the measurement signal pressure increases.
  • Inductive, capacitive or resistance changes for example, can be generated as signal quantities as electrical quantities. It is also possible to switch phototransistors or optical control elements.
  • the changeover contact of the membrane switch is switched during the entire flame cutting period of the cutting torch. If, for example, a flame flashback occurs in the cutting torch 10 during the flame cutting process, the combustion of the heating gas shifts from the nozzle face 41, 39 into the interior of the cutting torch 10, up to the vicinity of the injector. As a result, a change in the measurement pressure state in the measurement space 40 from an overpressure to atmospheric pressure is generated. This pressure drop leads to the switching of the changeover contact of the membrane switch in its rest position. In this case, a control signal is generated in the pressure evaluation unit 62, which is preferably fed to the control via which the shut-off devices 18, 19, 20 are closed. Of course, it is also possible to control the shut-off devices 18, 19, 20 directly with this control signal.
  • the measurement signal pressure is received in the pressure signal bore 43 and fed to the pressure evaluation unit 62 via channels and lines
  • the pressure is absorbed in the cutting oxygen channel and via the cutting oxygen bore and the like S supplied chneidsauerstoffzu operationsrohr a Druckauswertü.
  • a decoupling of Druckauswertü must be chneidsauerstoff in pouring south.
  • a flashover into the cutting torch cannot be monitored. It is advantageous, however, in this embodiment no additional heating nozzle disposed in the bore D jerk signal required, which leads to simplify the fabrication and nozzles to further reduce the manufacturing costs.
  • gas flame monitoring described above in an exemplary embodiment can be used particularly advantageously in automatic flame cutting with an NC-controlled flame cutting machine, by which the cutting torch 10 is moved according to a predetermined path.
  • gas flame monitoring can also be used to advantage when welding.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Überwachen einer Flamme (69) beim thermischen Bearbeiten von Werkstücken mit einem Brenner (10), insbesondere beim Schneiden mit einem Autogrenbrenner, wobei zündfähige Gase und/oder Gasgemische dem Brenner (10) zugeführt werden und durch eine Zündeinrichtung die Gase zur Flammbildung gezündet werden. Um die Verwendung von zusätzlichen Meßgasen, sowie außerhalb des Brenners (10) angeordnete Sensoren zur automatischen Überwachung der Flamme (69) zu vermeiden und eine Einrichtung zum automatischen Überwachen der Flamme zu schaffen, die einfach aufgebaut sowie kostengünstig realisierbar ist und zu keiner den Bearbeitungsvorgang störenden Gerätegeometrie fuhrt, wird mindestens während des Zündens in einem Bereich, in dem sich die Flamme (69) ausbildet, vorzugsweise in der Nähe des sich ausbildenden Flammkegels (68) der dort vorhandene Druck erfaßt und einer Überwachungsvorrichtung zugeführt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Überwachen einer Flamme nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Beim thermischen Bearbeiten von Werkstücken wird das Werkzeug, insbesondere der Schneidbrenner, von einer vorzugsweise numerisch gesteuerten Brennschneidmaschine entsprechend einem vorgegebenen Bearbeitungsmuster automatisch bewegt. Durch diese automatische Brennerpositionierung werden geringere Rüstzeiten und höhere Bauteilgenauigkeiten erzielt. Dabei müssen jedoch die automatisch ablaufenden Schalt- und Positioniervorgänge überwacht werden, um einerseits einen automatischen Ablauf erst zu gewährleisten und andererseits, um das Risiko von Ausschußproduktionen zu mindern.
  • Es ist ein Verfahren zur Überwachung von Flammen, insbesondere der Flamme eines Schneidbrenners, bekannt, bei dem die im Bereich der Flamme sich ausbildende elektrische Potentialdifferenz oder die Leitfähigkeit der ionisierten Flamme zur überwachung herangezogen wird (Schweizer Patentschrift 420,022). Hierbei wird die Potentialdifferenz durch in der Flamme angeordnete Sondenelektroden erfaßt.
  • Weiterhin ist aus der GB-PS 12, 41,129 eine Einrichtung zur Überwachung eines Brennschneidvorganges bekannt, mit der ein Schnittabriß erfaßt werden kann. Hierzu ist an der Schneiddüse ein Körper befestigt, in dem zwei Kanäle mit auf die Werkstückoberfläche gerichteten Austrittsbohrungen vorgesehen sind, wobei der eine Kanal an eine Druckluftquelle und der andere Meßkanal an Druckschaltern angeschlossen ist. Der auf die Werkstückoberfläche gerichtete Preßluftstrom ist dabei so eingestellt, daß bei einem kontinuierlichen Brennschnitt mit der Heizflamme und dem Schneidsauerstoffstrahl keine Druckänderungen in dem benachbart angeordneten Meßkanal entsteht. Erfolgt jedoch ein Schnittabriß (aufgrund des Verlöschens der Heizflamme oder einer Unterbrechung des Schneidsauerstoffstrahls) so werden die Gase oder die Flammen auf der Werkstückoberfläche seitlich abgelenkt und beeinflussen den Preßluftstrom. Dies führt zu einer Änderung des Druckes in dem Meßkanal.
  • Eine derartige Einrichtung erfaßt nur Änderungen des Gases bzw. der Flamme während des Brennschneidens bei definierter Höheneinstellung des Brenners mit der Meßeinrichtung zu der Werkstückoberfläche. Bei großem Abstand zwischen Brenner und Werkstück, wie sie insbesondere beim automatischen Zünden der Heizflamme (Brenngas und Heizsauerstoff) vorgegeben ist, können mit einer derartigen Meßeinrichtung keine Meßsignale erzeugt werden. Durch die zusätzliche Anordnung eines Gehäuses, in dem die Kanäle angeordnet sind, wird die "Beweglichkeit" des Brenners eingeschränkt. Ein Brennschneiden innerhalb einer Nut oder an einer Wand eines stufenförmig ausgebildeten Werkstückes ist nur eingeschränkt möglich. Der Verfahrbereich des Brenners wird durch die Meßeinrichtung eingeschränkt. Durch die zusätzliche Anordnung der Meßeinrichtung im Arbeitsraum werden die Kollisionsgefahren zwischen den zu bearbeitenden Werkstücken und der Brenner-Meßeinrichtungs-Kombination erhöht.
  • Um eine funktionsgerechte Betriebsweise der Meßeinrichtung zu gewährleisten, müssen die Kanäle im unmittelbaren Ausbreitungsbereich der Gasströme/Flamme angeordnet sein. Dies führt beim Brennschneiden zu einer Kühlung der Werkstückoberfläche durch die ausströmende Preßluft und somit zu einer Verringerung der Heizleistung. Bei der Verwendung von Schlitzdüsen wird durch den einseitig austretenden Preßluftstrom die diesem gegenüberliegende Heizflamme beeinflußt, was insbesondere beim Brennschneiden mit vorlaufender Heizflamme zum Schnittabriß führen kann. Hierbei führen die durch den Preßluftstrom erzeugten Turbulenzen der Heizflamme bzw. der Heizflammen zu einem Abheben der Heizflamme von der Austrittsseite der Brennerdüse.
  • Ferner wird durch den kontinuierlich austretenden Preßluftstrom das Betriebsmittel Preßluft während der gesamten Einschaltzeit der Brennschneidmaschine verbraucht, was zu hohen Kosten führt.
  • Ist der Brenner in einem drehbaren Brenneraggregat befestigt, führen die zusätzlichen Preßluftleitungen zu einer erhöhten Gefahr der Verdrehung und Verwindung des Schlauchpaketes. Durch die zusätzliche Meßeinrichtung erhöht sich das Brennergewicht und somit die während des Brennschnittes zu bewegenden Massen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verwendung von zusätzlichen Meßgasen sowie außerhalb des Brenners angeordnete Sensoren zur automatischen überwachung der Flamme zu vermeiden und eine Einrichtung zum automatischen Überwachen der Flamme zu schaffen, die einfach aufgebaut sowie kostengünstig realisierbar ist und zu keiner den Bearbeitungsvorgang störenden Gerätegeometrie führt.
  • Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Um die Rüst- und Nebenzeiten, insbesondere beim Bearbeitungsbeginn unter vermindertem Risiko von Ausschußproduktion zu senken, wird einerseits beim Ausbleiben der Flamme von der Überwachungsvorrichtung die Gaszufuhr nach einer voreinstellbaren Zeit automatisch unterbrochen und andererseits nach dem Entstehen der Flamme von der Überwachungsvorrichtung ein Folgeablauf an einer Werkzeugmaschine, insbesondere Brennschneidmaschine, freigegeben.
  • Durch die Druckmessung von Flammgasen über in dem Brenner angeordnete Drucksignalbohrungen bzw. Kanäle und der Zuführung des Druckes über mit den Kanälen bzw. Bohrungen verbundenen Schläuchen und dergl. zu der überwachungsvorrichtung werden Kollisionsgefahren vermieden und die Gerätegeometrie nur unwesentlich verändert. Durch die Anordnung von Drucksignalbohrungen, vorzugsweise in der Heizdüse, und die Weiterleitung dieses Druckes innerhalb des Brenners über Kanäle, müssen bei der Programmierung der Bearbeitungskontur keine zusätzlichen Außengeometrieformen des Brenners berücksichtigt werden. Die Programmierung wird hierdurch einfacher.
  • Um einerseits Produktionsunterbrechungen zu veringern und andererseits die Sicherheit beim automatischen Brennschneiden zu erhöhen, wird der nach dem Zünden und Ausbilden der Flamme vorhandene Verbrennungsdruck gemessen und bei plötzlichen Druckänderungen sofort die Gaszufuhr sowie vorzugsweise der Folgeablauf abgeschaltet. So wird beispielsweise bei einem Flammenrückschlag in einen Schneidbrenner während des Brennschneidens durch die Verlagerung der Verbrennung der Heizgase von der Düsenstirnseite in das Innere des Schneidbrenners eine Änderung des Druckzustandes an der Meßstelle von einem überdruck auf ein 'geringeres Druckniveau erzeugt. Dieser Druckabfall erzeugt ein Signal, mit dem die Magnetventile der Heizgase für den vom Rückschlag betroffenen Schneidbrenner schließen. Dabei wird der Schneidbrenner vorteilhaft vor einem Ausbrennen und somit vor seiner Zerstörung geschützt.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß vorzugsweise nach dem Zünden ein Signal zur Verfügung steht, das die Ausbildung der Flamme meldet, unabhängig von dem Abstand Brenner/Werkstück und ohne Verbrauch zusätzlicher Meßgase. Die äußere und innere Brennergeometrie führt weder zu einer Beeinflussung des Bearbeitungsablaufes, noch zu programmier- und ablaufbedingten Beeinträchtigungen, wie beispielsweise Beeinträchtigungen der Brennerführung.
  • Das Verfahren ist besonders vorteilhaft beim Brennschneiden von Werkstücken mit einem Schneidbrenner, der von einer numerisch gesteuerten Brennschneidmaschine bewegt wird, einzusetzen. Kann bei einem derartigen Verfahren auf die überwachung von Flammrückschlägen in den Schneidbrenner aufgrund anderer Sicherheitsvorrichtungen oder- maßnahmen verzichtet werden, so besteht eine vorteilhafte Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung in der Erfassung des Druckes in dem Schneidsauerstoffkanal. Zusätzliche Drucksignalbohrungen können hierbei entfallen, und es muß lediglich für eine Absperrung zwischen der Überwachungsvorrichtung und dem Schneidsauerstoffkanal während des Brennschnittes Vorsorge getroffen werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
    • Es zeigen
  • Fig. 1 einen übersichtsschaltplan der Gasflammen- überwachungseinrichtung in schematischer vereinfachter Darstellung;
  • Fig. 2 einen Ausschnitt A der Fig. 1 in Halbschnittdarstellung.
  • In der Fig. 1 ist der Schneidbrenner mit 10, die Brennschneiddüse mit 11, die Brenngasleitung mit 12, die Schneidsauerstoffleitung mit 13 und die Heizsauerstoffleitung mit 14 bezeichnet.
  • Die Leitungen 12, 13, 14 sind über die Brenneranschlüsse 15, 16, 17 mit dem Schneidbrenner 10 und über nicht näher dargestellte Schlauchverbindungen mit den nicht dargestellten Versorgungsquellen für Brenngas, Schneidsauerstoff und Heizsauerstoff verbunden. In den Leitungen 12, 13, 14 sind vorzugsweise vor den nicht näher dargestellten Gasmengensteuerungen Absperrorgange 18, 19, 20 angeordnet, die vorzugsweise als Magnetventile ausgebildet sind. Die Wicklungen der Steuermagneten 25, 26, 27 sind über Steuerleitungen 21, 22, 23 mit einer Steuerung 24, vorzugsweise einer NC-Brennschneidmaschinensteuerung verbunden.
  • Der Schneidbrenner 10 besteht im wesentlichen aus dem Ventilkörper 28 mit den Brenneranschlüssen 15, 16, 17, dem Brennerkopf 29 und dem Ventilkörper und Brennerkopf verbindenden Führungsrohr 30. In dem Ventilkörper 28 ist ein nicht näher dargestellter Injektor angeordnet, der einströmseitig mit der Brenngas- und Heizsauerstoffleitung und ausströmseitig mit dem nicht näher dargestellten Heizgaszuführungsrohr verbunden ist. Unter Heizgas wird ein Gemisch aus Brenngas und Heizsauerstoff verstanden. Das Heizgaszuführungsrohr ist ausströmseitig mit dem Brennerkopf 29 verbunden. In dem Brennerkopf 29 ist eine Heizgasbohrung 31 (Fig. 2) vorgesehen, die mit dem Heizgaszuführungsrohr verbunden ist und in einen Ringraum 32 mündet. Der Ringraum 32 steht mit dem ringförmigen Heizkanal 33 der Brennschneiddüse 11 in Verbindung.
  • über den Brenneranschluß 16 für Schneidsauerstoff und in dem Ventilkörper 28 angeordnete Bohrungen ist ein nicht näher dargestelltes Schneidsauerstoffrohr mit einer im Brennerkopf 29 angeordneten Schneidsauerstoffbohrung 34 verbunden. Die Schneidsauerstoffbohrung 34 steht mit dem Schneidsauerstoffkanal 35 der Brennschneiddüse 11 in Verbindung.
  • Die Brennschneiddüse 11 ist vorzugsweise als zweiteilige Düse ausgebildet. Die Schneiddüse 36 enthält den Schneidsauerstoffkanal 35 und die Heizschlitze 37 für die Zuführung des Heizgases. Die Heizdüse 38 umschließt die Schneiddüse 36, so daß durch die Außenkontur der Schneiddüse und der Innenkontur der Heizdüse der ringförmige Heizkanal 33 gebildet und die Heizschlitze 37 nach außen dicht abgeschlossen sind. Vorzugsweise ist unabhängig vom Brenngas (langsam oder schnell. verbrennendes Brenngas) die Schneiddüse 36 gegenüber der Heizdüse 38 zurückgesetzt. Durch die zurückgesetzte Anordnung der Schneiddüse 36 bildet sich zwischen der Stirnseite 39 der Heizdüse und der Stirnseite 41 der Schneiddüse 36 ein zylindrischer Meßraum 40 aus. In dem Meßraum 40 ist eine durchmessergrößere Ringnut 42 in der Heizdüse 38 vorgesehen, in die eine in der Heizdüse 38 vorgesehene Drucksignalbohrung 43 mündet.
  • Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind die Schneiddüse 36 und die Heizdüse 38 mittels Gewindeverbindungen 44, 45 an den Brennerkopf 29 angeschlossen. Der Brennerkopf 29 weist an seinem zur Düse 11 weisenden Ende eine kreisringförmige Nut 46 auf, in deren Außenwand 47 die Heizdüse 38 eingeschraubt ist. In dem kreisförmig ausgebildeten Mittelzapfen 48 des Brennerkopfes 29 ist eine mit der Schneidsauerstoffbohrung 34 verbundene durchmessergrößere Bohrung 49 vorgesehen, in der die Schneiddüse 36 eingeschraubt ist.
  • Die Bohrung 49 und die Außenwand 47 sind an ihrem zur Düse 36, 38 weisenden Ende als Kegelsitz 50, 51 ausgebildet. An dem Umfang der Schneiddüse 36 und der Heizdüse 38 sind entsprechend geformte Kegelflächen 52, 53 vorgesehen, die nach dem Einschrauben der Düsen 36, 38 an den Kegelsitzen 50, 51 des Brennerkopfes 29 anliegen. Am Übergang zwischen den zylindrischen Gewindeverbindungen 44, 45 der Düsen 36, 38 und den Kegelsitzen 50, 51 bzw. Kegelflächen 52, 53 ist in den Düsen 36, 38 eine Ringnut 54, 55 vorgesehen.
  • Die - wie bereits erwähnt - in der Heizdüse 38 angeordnete Drucksignalbohrung 43 mündet in einen an der Kegelfläche 53 ausgebildeten Ringspalt 56, über den die Drucksignalbohrung 43 mit einem im Brennerkopf 29 angeordneten Drucksignalkanal 57 verbunden ist.
  • Vozugsweise sind in der Heizdüse zwei Drucksignalbohrungen 43 angeordnet, die in den Ringspalt 56 münden.
  • Der Drucksignalkanal 57 ist über Drucksignalleitungen 58 (Fig. 1) mit dem Ventilkörper 28 verbunden. In dem Ventilkörper 28 sind nicht näher dargestellte Druckbohrungen vorgesehen, an die ein Winkelanschluß 59 mit Flammensperre 60 angeschlossen ist. Die Flammensperre 60 ist über einen Meßschlauch 61 mit einer Druckauswerteinheit 62, vorzugsweise einem Membranschalter verbunden, der über eine Signalleitung 63 mit der Steuerung 24 gekoppelt ist.
  • Die Steuerung 24 ist weiterhin über eine Steuerleitung 64 mit einer Zündeinrichtung 65 verbunden, die über ein außerhalb angeordneten Zündbrenner oder vorzugsweise über eine innerhalb des Schneidsauerstoffkanals angeordnete Zündlitze das Heizgas automatisch zündet. Hierzu steht bei der vorzugsweise verwendeten Innenzündung der Schneidsauerstoffkanal über eine Querbohrung mit dem Heizgaskanal in Verbindung.
  • Die anhand der Figuren vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung zur Flammenüberwachung beim Bearbeiten, insbesondere Schneiden von Werkstücken 66 mit einem Schneidbrenner, arbeitet wie folgt:
    • Zunächst werden die Durchflußmengen für Heizsauerstoff und Schneidsauerstoff nach den Betriebstabellen für Maschinenschneiddüsen an einer nicht näher dargestellten Gasmengensteuerung eingestellt, so daß bei geschlossenen Absperrorganen 18, 19, 20 an deren Einströmseite der für die vorgegebene Schneidaufgabe (Heizen, Anschneiden oder Lochstechen und Brennschneiden) erforderliche Betriebsdruck ansteht. Durch Beaufschlagung der Wicklung der Steuermagneten 25, 27 über die Steuerleitungen 21, 23 der Steuerung 24 öffnen die Absperrorgange 21, 23 und das Brenngas und der Heizsauerstoff strömen über die Leitungen 12, 14 zu dem Schneidbrenner 10. Innerhalb des Ventilkörpers 28 des Schneidbrenners wird das Brenngas und der Heizsauerstoff in einem Injektor gemischt. über ein nicht dargestelltes Heizgaszuführungsrohr wird das aus Brenngas und Heizsauerstoff bestehende Heizgas in die Heizgasbohrung 31.des Brennerkopfs 29 und von dort in den durch die Stirnseite 67 der Einschraubseite der Heizdüse 38 begrenzten Ringraum 32 geleitet. über den ringförmig ausgebildeten Heizkanal 33 wird das Heizgas allen Heizschlitzen 37 zugeführt und strömt über diese Schlitze aus der Stirnseite 41 der Schneiddüse 36 in den Meßraum 40 aus. Der bei den strömenden Heizgasen in der Drucksignalbohrung 43 vorhandene Druck entspricht dem Atmosphärendruck und bewirkt in der Druckauswerteinheit 62, beispielsweise eines Membranschalters, keine Änderung der Membranstellung.
  • Nach einer fest vorgegebenen Zeitspanne, vorzugsweise unter 500 Millisekunden nach dem Öffnen der Absperrorgane 18, 20 nach der ein Ausströmen der Heizgase aus der Brennschneiddüse 11 gewährleistet ist, wird die Zündeinrichtung 65 über die Steuerleitung 64 von der Steuerung 24 automatisch geschaltet. Die Zündeinricchtung 65 erzeugt eine Zündflamme außerhalb des Schneidbrenners 10, jedoch in der Nähe der strömenden Heizgase.
  • Vorzugsweise erzeugt die Zündeinrichtung 65 jedoch in der Schneidsauerstoffbohrung 34 über eine nicht dargestellte Zündlitze einen Zündfunken. Die Schneidsauerstoffbohrung ist über einen Verbindungskanal mit der Heizgasbohrung verbunden, so daß sich bei strömenden Heizgas eine Teilmenge dieses Heizgases in der Schneidsauerstoffbohrung 34 ansammelt und mittels eines Zündfunkens gezündet werden kann.
  • Innerhalb der Zündeinrichtung 65 oder innerhalb der Steuerung 24 ist vorteilhaft ein Zeitglied angeordnet, mittels dem die Zündung über eine vorbestimmte Zeitspanne wiederholt wird.
  • Werden die aus den Heizschlitzen 37 ausströmenden Heizgase gezündet, so wird durch die volumenmäßige Ausdehnung der brennenden Heizgase eine Druckerhöhung in dem Meßraum 40 erzeugt, welche über die Ringnut 42 und die Drucksignalbohrung 43 erfaßt wird. Der Druckunterschied zwischen den brennenden und nicht brennenden Heizgasen wird dabei bevorzugt in der Nähe des sich ausbildenden Flammkegels 68 erfaßt.
  • Wie bereits erwähnt, wird der sich nun im Meßraum 40 einstellende Druckunterschied über die in dem Meßraum angeordnete Ringnut 42 und mindestens einer Drucksignalbohrung 43 zu dem Ringspalt 56 geleitet und über den Drucksignalkanal 57 die Drucksignalleitung 58, die im Ventilkörper angeordnete Bohrung dem Winkelanschluß 59 mit der Flammsperre 60 und dem Meßschlauch 61 der Druckauswerteinheit 62 zugeführt. Dieser Meßsignal-Überdruck gegenüber Atmosphärendruck bewirkt, daß ein potentialfreier Wechselkontakt des Membranschalters 62 seine Kontaktstellung wechselt und erst wieder in die Ausgangsstellung (Ausgangsstellung - Atmosphärendruck) zurückgeht, wenn die Heizgase nicht mehr brennen. Das durch die Kontaktstellungsänderung des Wechselkontakts erzeugte elektrische Signal wird über die Signalleitung 63 der Steuerung 24 zugeführt und gibt den Folgeablauf frei. So kann beispielsweise mit dem Signal ein Zeitglied geschaltet werden, das nach voreingestellter Zeitspanne über die Steuerleitung 22 das Absperrorgann 19 öffnet und somit die Schneidsauerstoffzufuhr freigibt.
  • Die in dem Meßraum 40 entstehende Druckerhöhung aufgrund der volumenmäßigen Ausdehnung der Heizgase wird im wesentlichen von nicht verbrennenden Gasen der Heizflamme 69 (Flammkegel und Beiflamme) gebildet. Da diese nicht verbrannten, aus dem Heizgas abgespalteten Gase über die Ringnut 42 in die Drucksignalbohrung geleitet werden, ist der Winkelanschluß 59 mit einer Flammsperre 60 versehen, die vorteilhaft eine Beschädigung der Druckauswerteinheit bei in die Drucksigne-lbohrung wandernden Flammen verhindert.
  • Selbstverständlich kann das Meßsignal auch einer PE-Druckauswerteinheit zugeführt werden, die die durch den Meßsignaldruck bewirkte Membranbewegung, beispielsweise auf den Schleifer eines Potentiometers überträgt und somit den Meßsignaldruck kontinuierlich in ein elektrisches Signal umwandelt, das mit ansteigendem Meßsignaldruck eine elektrische Größe kontinuierlich verändert. Als elektrische Größen können hier beispielsweise induktive, kapazitive oder Widerstandsänderungen als Signalgrößen erzeugt werden. Auch ist die Schaltung von Fototransistoren bzw. optischen Stellelementen möglich.
  • Wie bereits erwähnt, ist der Wechselkontakt des Membranschalters während der gesamten Brennschneiddauer des Schneidbrenners geschaltet. Erfolgt nun beispielsweise während des Brennschneidvorganges ein Flammenrückschlag in den Schneidbrenner 10, verlagert sich die Verbrennung des Heizgases von der Düsenstirnseite 41, 39 in das Innere des Schneidbrenners 10, bis in die Nähe des Injektors. Dadurch wird eine Änderung des Meßdruckzustandes in dem Meßraum 40 von einem überdruck auf Atmosphärendruck erzeugt. Dieser Druckabfall führt zum Schalten des Wechselkontaktes des Membranschalters in seine Ruhestellung. Hierbei wird in der Druckauswerteinheit 62 ein Steuersignal erzeugt, das vorzugsweise der Steuerung zugeführt wird, über die die Absperrorgane 18, 19, 20 geschlossen werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, mit diesem Steuersignal die Absperrorgane 18, 19, 20 direkt anzusteuern.
  • Neben dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem der Meßsignaldruck in der Drucksignalbohrung 43 aufgenommen und über Kanäle und Leitungen der Druckauswerteinheit 62 zugeführt wird, ist es selbstverständlich auch möglich, den Meßsignaldruck direkt im Meßraum 40 aufzunehmen und beispielsweise über eine Querbohrung in der Heizdüse 38 und Meßschläuche der Druckauswerteinheit zuzuführen.
  • Nach einer weiteren Ausbildung nach der Erfindung wird der Druck im Schneidsauerstoffkanal aufgenommen und über die Schneidsauerstoffbohrung und das Schneidsauerstoffzuführungsrohr einer Druckauswerteinheit zugeführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel muß jedoch eine Abkopplung der Druckauswerteinheit bei strömenden Schneidsauerstoff erfolgen. Auch ist mit dieser Ausbildung ein Flammenüberschlag in den Schneidbrenner nicht zu überwachen. Vorteilhaft ist jedoch bei dieser Ausbildung keine in der Heizdüse angeordnete zusätzliche Drucksignalbohrung erforderlich, was zur Vereinfachung der Düsenfertigung und zur weiteren Verringerung der Herstellkosten führt.
  • Die oben in einem Ausführungsbeispiel beschriebene Gasflammenüberwachung ist besonders vorteilhaft beim automatischen Brennschneiden mit einer NC-gesteuerten Brennschneidmaschine von der der Schneidbrenner 10 entsprechend einer vorgegebenen Bahn verfahren wird, einsetzbar. Selbstverständlich ist die Gasflammenüberwachung jedoch auch beim Schweißen vorteilhaft zu verwenden.

Claims (18)

1. Verfahren zum automatischen Überwachen einer Flamme beim thermischen Bearbeiten von Werkstücken mit einem Brenner, insbesondere beim schneiden mit einem Autogenbrenner, wobei zündfähige Gase und/oder Gasgemische dem Brenner zugeführt werden und durch eine Zündeinrichtung die Gase zur Flammenbildung gezündet werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens während des Zündens in einem Bereich, in dem sich die Flamme (69) ausbildet, vorzugsweise in der Nähe des sich ausbildenden Flammenkegels (68), der dort vorhandene Druck erfaßt und einer überwachungsvorrichtung (62) zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach dem Entstehen der Flamme (68, 69) von der überwachungsvorrichtung (62) ein Folgeablauf an einer Werkzeugmaschine, insbesondere Brennschneidmaschine, freigegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Druckmessung Flammgase über in dem Schneidbrenner (10) angeordnete Drucksignalbohrungen (43), Kanäle (57), Leitungen (58) und dgl. der überwachungsvorrichtung (62) zur Meßsignalbildung zugeführt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der nach dem Zünden und Ausbilden der Flamme (68, 69) vorhandene Druck gemessen und bei plötzlichen Druckänderungen sofort die Gaszufuhr sowie vorzugsweise der Folgeablauf abgeschaltet werden.
5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Brenner und einer Zündeinrichtung sowie einer Gaszufuhr,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Brenner im Austrittsbereich der Flamme eine Druckerfassungsvorrichtung (43) zugeordnet ist, die mit einer Überwachungsvorrichtung (62) 'für die Gaszufuhr in Verbindung steht.
6. Einrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckerfassungsvorrichtung in dem Brenner als Drucksignalbohrung (43) ausgebildet ist, welche mit ihrer einen Öffnung mit der Überwachungsvorrichtung (62) in Verbindung steht und mit ihrer anderen Öffnung an einen im Austrittsbereich der Flamme angeordneten Meßraum (40) angeschlossen ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Meßraum (40) in einer Brennschneiddüse (11) angeordnet ist, welche als zweiteilige Heiz- und Schneiddüse ausgebildet ist und der Meßraum (40) durch die gegenüber der Schneiddüse (36) vorstehenden Heizdüse (38) gebildet wird.
8. Einrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Drucksignalbohrung (43) in der Heizdüse (38) angeordnet ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6.bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Meßraum (40). eine durchmessergrößere Ringnut (42) ausgebildet ist, in die die Drucksignalbohrung (43) mündet.
10. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet
daß die überwachungsvorrichtung (62) als pneumatischelektrischer Schalter ausgebildet ist.
11. Einrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Überwachungsvorrichtung (62) als Membranschalter ausgebildet ist, dessen potentialfreier Wechselkontakt bei nicht brennenden Gasen eine voreingestellte Taktstellung beibehält.
12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei brennenden Gasen der potentialfreie Wechselkontakt des Membranschalter (62) seine Kontaktstellung wechselt.
13. Einrichtung nach einem der Anspruche 5 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß an die Drucksignalbohrung (43) eine Membraneinheit angeschlossen ist, welche beim Ausbilden der Flamme (68, 69) ein analoges Meßsignal erzeugt.
14. Einrichtung nach Anspruch 5 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die überwachungseinrichtung (62) mit den Absperrorganen (18, 19, 20), vorzugsweise Magnetventilen, der Gaszufuhr in Wirkverbindung steht.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Meßsignalführung eine Flammensperre (60), vorzugsweise ein Sintermetallkörper, vorgesehen ist.
16. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Düse (11) als Blockdüse ausgebildet ist.
17. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Brenner (10) als Schweißbrenner ausgebildet ist.
18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch die Verwendung an einer Brennschneidmaschine, vorzugsweise einer numerischen oder fotoelektrischen Koordinatenbrennschneidmaschine.
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