EP0372500A2 - Plasma arc welding apparatus - Google Patents

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Publication number
EP0372500A2
EP0372500A2 EP89122434A EP89122434A EP0372500A2 EP 0372500 A2 EP0372500 A2 EP 0372500A2 EP 89122434 A EP89122434 A EP 89122434A EP 89122434 A EP89122434 A EP 89122434A EP 0372500 A2 EP0372500 A2 EP 0372500A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle
arc
electrode
conductor
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP89122434A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0372500A3 (en
Inventor
George D. Blankenship
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.)
Lincoln Electric Co
Original Assignee
Lincoln Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lincoln Electric Co filed Critical Lincoln Electric Co
Publication of EP0372500A2 publication Critical patent/EP0372500A2/en
Publication of EP0372500A3 publication Critical patent/EP0372500A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/26Plasma torches
    • H05H1/32Plasma torches using an arc
    • H05H1/34Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3436Hollow cathodes with internal coolant flow
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • HELECTRICITY
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    • H05H1/32Plasma torches using an arc
    • H05H1/34Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3473Safety means

Definitions

  • the invention relates to a plasma arc welding device and is more specifically the subject of shutdown devices associated with the torch nozzle, such as are used in plasma arc welding devices.
  • a nozzle which encloses the electrode which carries a high voltage and protects it from occasional grounding, in order to direct the current of the ionizable gases as a plasma against the workpiece and to constrict the plasma jet and to give it a very high plasma temperature to lend.
  • Burner parts especially the burner nozzle, consume "something" and may need to be replaced.
  • the pilot arc between the nozzle and the electrode can cause wear on the nozzle.
  • the heat of the ionized gases also contributes to the wear of the nozzle, and to a certain extent the unfavorable effect of the heat occasionally requires the electrode to be replaced.
  • the nozzle and the electrode are usually formed as interchangeable parts which are screwed into the torch body so that the nozzle protects and surrounds the electrode except for a narrow opening through which the plasma jet passes.
  • the parts when the parts are to be replaced, they must be reassembled to ensure that the electrode is properly protected to avoid occasional grounding, which could occur if the torch is poorly assembled without the nozzle has been.
  • the main electrical current of the electrode in the torch body is supplied through a main conductor which is located in a cable which extends from the torch body to the energy source.
  • This cable can be punctured or damaged by any of a variety of different metallic objects that are always present in the work area of a commercial activity. Such metallic objects can touch the main conductor and bring about the same type of electrically dangerous state that is also present with an exposed electrode.
  • the previous attempts to deal with these problems have been directed towards being tough, lasting and through to create shock-resistant cable.
  • such cables make the equipment more expensive and require periodic inspection and occasional replacement.
  • the applicant has used an overload test circuit for its arc welding power sources, but not for plasma arc welding devices as such, which detects a short circuit between the electrode and the nozzle and turns off the power source in response to a sensed voltage exceeding a predetermined value.
  • the object of the invention is to provide a plasma arc welding device in which the durability and reliability of the plasma arc welding is improved and which has a current interruption and / or shutdown device which improves the operation of the torch.
  • the nozzle device has a substantially cylindrical nozzle sleeve, which is constantly embedded in the burner body, and an exchangeable, cup-shaped nozzle tip, which can be screwed firmly into the nozzle sleeve.
  • the pilot arc wire is connected to the nozzle sleeve.
  • An electrically insulated spring wire trailing contact is embedded in the burner body and a continuity test conductor connected to an electrical power source is connected to the trailing contact.
  • the electrical current source generates a plurality of DC electrical pulses through a thyristor bridge, which are supplied to the electrode and generate an ignition arc when the ignition arc switch is connected to ground.
  • the amplitude of each current pulse is sampled and the output circuit that generates the DC electrical pulses is phased back by a triggering circuit or delayed when a predetermined current level is exceeded.
  • the amplitude of the last pulse in the pilot arc exceeds the predetermined current level, causing the circuit to operate to change the phase angle and, consequently, the current as soon as the pilot arc changes to the plasma arc.
  • a capacitor circuit which maintains the plasma arc when the output circuit is reset in phase to reduce any pendulum tendency of the output circuit.
  • the capacitor circuit is operated in a similar manner when the circuit is brought forward in phase when the pilot arc is ignited, i.e. is accelerated.
  • An electrode 20 in the form of a hafnium wire 21 is embedded in a cylindrical metal housing 23.
  • the cylindrical housing 23 has a rounded end 24 and an annular shoulder 26 at its opposite end, on which there is a pin 27 with an external thread.
  • the pin 27 is screwed into the gas distributor 13 so far that the shoulder 26 bears tightly against the flat seat surface 17 of the gas distributor 13.
  • the ring portion 35 has a flat, annular contact surface 37 and a central opening 38 with an internal thread, which extends inward from the annular contact surface 37, and an outwardly widening, frustoconical outer surface 39, which extends from the outer edge of the annular contact surface 37 and with which cylindrical base part 34 forms an outer shoulder 40.
  • an inner ring shoulder 42 is formed in the ring part 35.
  • the ring part 35 penetrates at least one gas passage 44, which creates a gas connection between the inside and the outside of the nozzle sleeve 31.
  • An annular, electrically insulating seat ring 45 made of plastic rests with one end on the inner ring shoulder 42 and with its other end on the flat seat 17 of the metal gas distributor 13. As a result, the annular seat ring 45 positions the gas distributor 13 and the electrode 20 at an electrically insulating, fixed spatial distance from the nozzle sleeve 31.
  • Radial gas channels 46 extend from the cylindrical outer wall to the cylindrical inner wall of the insulating seat ring 45.
  • An annular space is formed between the cylindrical base part of the nozzle sleeve 31 and the gas distributor 13.
  • the gas flows from the radial passage openings 18 in the gas distributor 13 into the annular space 48 and from here through the gas channels 46 extending in the radial direction against the cylindrical electrode housing 23, where the gas is ionized.
  • the gas flows through the gas outlet openings 44 in the ring part 35 for metal removal, while this gas flow simultaneously cools the nozzle body 30.
  • the nozzle body 30 has a cup-shaped nozzle tip body 32, from whose annular contact base 50 a bush 51 with an external thread extends. which can be screwed into the internal thread of the central opening 38 of the nozzle sleeve 31.
  • the lower part 53 of the bowl-shaped nozzle tip 32 has an opening 54 which extends in the axial direction and which is slightly smaller than the electrode wire 21, but is flush with it.
  • the inner surface 56 of the bowl-shaped nozzle tip 32 is designed approximately the same as the shape of the cylindrical electrode housing 23, so that between the inner surface 56 of the bowl-shaped nozzle tip 32 and the outer surface of the cylindrical electrode housing 23, a sparkover space 57 is formed, which is gently curved toward the tip, as this is apparent from Fig. 1.
  • a gas cooling sleeve 60 is pushed over the nozzle body 30 and bears tightly with the aid of an O-ring 62, which is pressed together between the shoulder 40 of the contact ring part 35 of the nozzle sleeve 31, the burner body 10 and the inner surface of the cooling sleeve 60.
  • the gas cooling sleeve 60 interacts with the nozzle body 30 in such a way that a fine gas flow is directed onto the cut in the workpiece or is focused on this cut, which is generated by the plasma arc to remove the metal.
  • the configuration of the frustoconical surface 39, the outer surface of the cup-shaped nozzle tip 32, the arrangement of the gas outlet openings 44 and the inner shape of the gas cooling sleeve 60 are such that when the gas flows out through the gas outlet openings 44 and the space between the cooling sleeve 60 and the nozzle body 30 a somewhat turbulent gas flow is generated which improves the cooling of the nozzle body 30, whereby this Improved gas cooling continues by supplying the gas as a nozzle stream tangential to the end face of the cup-shaped nozzle tip 32 when the gas leaves the cooling space 63, which primarily serves to direct the gas stream precisely onto the workpiece for the purpose of metal removal.
  • a 250-350 V DC power source is connected to the torch A and the workpiece W.
  • a cathode conductor 70 connects the negative pole of the direct current source to the electrode 20 via the metal gas distributor 13, although for the sake of simplicity the cathode conductor 70 is shown as connected to the plasma gas line 12.
  • a conductor 71 coming from the workpiece is connected to the positive terminal of the electrical energy source.
  • a main energy switch 73 for switching the main energy source on and off and a high-frequency transformer 74 which supports the ignition of the pilot arc are installed in the cathode conductor 70.
  • An ignition arcing contact wire 75 is embedded in the burner body 10 in an electrically insulated manner and fastened in an electrically conductive manner to the cylindrical base part 34 of the nozzle sleeve 31.
  • An ignition arc conductor 76 connects the ignition arc contact wire 75 to the positive ground via a 3-ohm resistor 78 and an ignition arc switch 79.
  • a capacitor 80 is connected in parallel between the electrode 20 and the high frequency transformer 74 to the cathode conductor 70 and the ignition arc conductor 76, and an 80 V overload test circuit 82 is connected in parallel between the ignition arc conductor 76 and the grounding or workpiece conductor 71.
  • a switch, not shown, on the burner A is actuated in order to switch the ignition arc switch 79 and the main energy switch 30.
  • Switching is used here in a functional sense. In reality, these are “Switches” 73 and 79 contacts that are opened or closed by the switch or trigger on the torch handle.) If the welder wants to operate switches 79 and 73 one after the other, the trigger could alternatively be operated twice; first to operate the pilot arc switch 79 and then to operate the main power switch 73. When both switches are closed, the potential of approximately 300 V of an open circuit is applied to the electrode 20 and an ignition arc is generated in the flashover space 57, which quickly migrates to the ignition arc space 59.
  • the capacitor 80 is sized relative to the high frequency transformer 74 so that it charges and discharges rapidly to maintain the pilot arc.
  • the voltage tapped at the pilot arc conductor 76 when a pilot arc is formed is approximately 66 V.
  • the gas exiting the nozzle opening 54 is ionized by the pilot arc and heats and develops a plasma.
  • the plasma arc torch A is then lowered onto the workpiece W by the welder.
  • the pilot arc jumps from the nozzle tip 32 to the workpiece W, which has a lower impedance than the nozzle tip 32 as a result of the resistance 78.
  • a plasma arc is formed.
  • the pilot arc voltage which is tapped in the pilot arc conductor during the normal existence of the pilot arc is always lower than the plasma arc voltage for the reasons explained in more detail below and is approximately 66 V for the particular torch shown here, if for any reason between the electrode and Nozzle short circuit occurs, the full potential of 250 - 350 V of the open circuit is applied to the nozzle body 30, which can be determined on the ignition arc conductor 76.
  • an overload test circuit or fault detector circuit 82 is provided which is designed to switch at about 80 V in order to avoid a disturbance in the overload detection which is caused by the current formation of a double arc or a switching surge. When operated, the overload test circuit 32 turns off the main power source.
  • This shutdown circuit becomes effective because the voltage change is faster when a short circuit is sensed than when the ignition arc is generated.
  • FIG. 11 A simpler overload detector circuit is shown in FIG. 11, in which a capacitor 88 is charged by a resistor 89 which is connected between the ground or workpiece conductor 71 and the ignition arc conductor 76. If a short circuit is sensed, there will be a greater voltage applied to the capacitor and discharged the capacitor. During the discharge process, the capacitor 88 actuates a circuit 90.
  • the general circuit for the plasma arc control system is shown in FIG. 12 and has a thyristor- or silicone-controlled rectifier bridge 92 which is connected to the secondary part of a transformer, not shown, of a three-phase AC source, not shown.
  • the rectified output of the silicon controlled rectifier bridge 92 is passed through a shunt line 93 and then through the high frequency transformer 74 to the electrode 20.
  • Parallel to the silicon-controlled rectifier bridge 92 is a stabilizer circuit 95, which has a capacitor 96 which is charged by a diode 97 and discharged by a resistor 98 which is connected in parallel to the diode 97.
  • the gates of the silicon controlled rectifier bridge 92 are controlled by a conventional switching or trigger circuit 100 which opens the gates of the silicon controlled rectifiers in the bridge 92 or phases them forward or backward in order to change the energy content of the electrical pulses (and accordingly the current) in the usual way Way to change.
  • the time during which the gates are kept open or brought back in phase by the circuit 100 is controlled by a phase back circuit 101.
  • the delay circuit 101 in turn is actuated by the ignition or initial arc or by the current or voltage differential sensed in the shunt line 93.
  • this diagram shows schematically that the energy source has a pulsating output when the main energy switch 73 of the open voltage circuit of approximately 300 V is actuated.
  • a pilot or pilot arc is generated which has a potential of approximately 160-170 V and a current draw of approximately 22.5 A.
  • the ignition arc is transferred to the workpiece and a plasma arc is created, the plasma arc has a potential of approximately 110-120 V and a related increase in current.
  • the pilot arc is established, the thyristors must be brought in phase through delay circuit 101 to approximately maintain their full conductivity and generate a voltage high enough to ignite the arc.
  • the amount to which an arc can be restricted is generally determined by air pressure, air flow, the size of the nozzle opening, and the amperage.
  • the current is the only variable that can be controlled by the energy source. If an arc of a certain size, which is given by a predetermined current value, is constricted by an excessively small nozzle opening 54 in the torch, the current in the arc passes first to the bowl-shaped nozzle tip part 32 at the edge of the nozzle opening 54 and then to the workpiece W on the outside of the nozzle opening. This process erodes the nozzle opening until it is large enough to let the arc through. At the same time, the electrode is exposed and the bowl-shaped nozzle tip 32 must be replaced.
  • the circuit shown in Fig. 12 accelerates the trigger circuit 100 when the torch is in its pilot arc cutting phase, and at the moment the pilot arc changes to a plasma arc, the current rise through the shunt line 93 in this electrical has Pulse is sensed, the effect that the thyristors are delayed immediately. When this delay occurs, the control system becomes somewhat unstable and tends to oscillate until the current reaches its regulated level, as shown in the plasma arc current portion of the curve in FIG. 13.
  • capacitor 96 is discharged through resistor 98 for a sufficient time (generally about 12 milliseconds) to maintain the arc. To a lesser extent, this also occurs when the pilot arc begins to form.
  • the circuit shown in Fig. 12 minimizes damage to the nozzle tip 32, stabilizes the electrical system both at the time the pilot arc is formed and at the time when the pilot arc is a plasma arc on that Workpiece is transferred, while at the same time the energy available from the energy source is optimized by reducing the degree of phase delay of the silicon-controlled rectifier to a minimum.
  • the spring wire contact 110 is shaped in relation to the groove 115 such that the bent end 117 can move by an amount x relative to the groove 115 when the annular contact surface 50 of the cup-shaped nozzle tip 32 firmly into the Nozzle sleeve 31 is screwed in. This ensures good electrical contact.
  • a continuity conductor 120 is connected to the continuity spring wire contact 110, which leads to a continuity test circuit 121 in FIG. 1 and has a continuity test voltage V cc of approximately 15 V and a current of 50-100 mA.
  • V cc continuity test voltage
  • a continuity test circuit 120 may be installed in the circuit to test continuity or to measure the voltage difference between the pilot arc conductor 76 and the continuity conductor 120. If a voltage differential occurs there or if a minimal electrical current flow is not found, the energy source can be switched off.
  • a cable 130 is shown, which is fastened with one end to the burner body in a manner not shown and the other end to the energy source in a manner also not shown.
  • a gas line 12 for supplying the protective / cooling / cutting plasma gas and a main conductor 132 are embedded in the cable, which in turn is surrounded by a protective jacket 133 and supplies the arc current.
  • Also embedded in the cable is a collection of control lines 132, which are similarly provided with protective coatings 135 and are used for various purposes, for example for switching the contacts, for supplying current to the continuity wire spring contact 110, etc.
  • an overload detector circuit that is able to detect short circuits between the torch nozzle and the electrode and switch off the energy source is used to detect a breakdown or a break in the torch cable.
  • an electrical interlock circuit in conjunction with an overload test circuit is used to provide a safe burner by combining sensing whether the nozzle is in position with sensing a nozzle voltage to provide a safe burner under all operating conditions guarantee.
  • a silicon controlled rectifier circuit is used to disable the output when the arc is transferred so that the nozzle at its nozzle opening is not eroded and the electrode is exposed.
  • the essence of the invention is therefore to provide a safe plasma arc cutting device in which the durability and reliability of the plasma arc torch is improved.

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Abstract

Plasmalichtbogenschweißvorichtung mit einem Überlastungsprüfkreis, der einen Kurzschluß zwischen der Elektrode (20) und der Brennerdüse (30) erfaßt und die Stromzufuhr abschaltet, wenn der Kurzschluß festgestellt wird. In dem Brennerkabel (130) ist ein Sensorkreis (138, 140) vorgesehen, der den Überlastprüfkreis (82) einschaltet, wenn das Kabel (130) ernstlich durchschlagen wird. Zu dem Sensorkreis gehört eine im Kabel (130) eingebettete Abschirmfolie (138), welche den Hauptleiter (132) umschließt und an den ein Erdungsleiter (140) angeschlossen ist. Der Erdungsleiter (140) erfaßt einen Kurzschluß zwischen der Abschirmfolie (138) und dem Hauptleiter (132), der von einem eindringenden Fremdkörper (150) verursacht wird, und er betätigt den Überlastprüfkreis (82). Zusätzlich ist der Überlastprüfkreis (82) in Verbindung mit einem einzigen Durchgangs-Abschaltkreis (121) wirksam, um die Sicherheit des Brenners zu gewährleisten. Ferner ist ein gleichgerichteter Steuerkreis vorgesehen, um einen stabilen Lichtbogen aufrechtzuerhalten und eine Erosion der Düse und ein damit verbundenes Freilegen der Elektrode (20) zu verhindern.Plasma arc welding device with an overload test circuit which detects a short circuit between the electrode (20) and the torch nozzle (30) and switches off the power supply if the short circuit is detected. A sensor circuit (138, 140) is provided in the burner cable (130), which switches on the overload test circuit (82) if the cable (130) is seriously broken through. The sensor circuit includes a shielding film (138) embedded in the cable (130), which surrounds the main conductor (132) and to which an earth conductor (140) is connected. The grounding conductor (140) detects a short circuit between the shielding film (138) and the main conductor (132) caused by an intruding foreign body (150) and actuates the overload test circuit (82). In addition, the overload test circuit (82) operates in conjunction with a single continuity shutdown circuit (121) to ensure the safety of the burner. A rectified control circuit is also provided in order to maintain a stable arc and to prevent erosion of the nozzle and the associated exposure of the electrode (20).

Description

Die Erfindung betrifft eine Plasmalichtbogenschweißvorrich­tung und hat mehr im einzelnen Abschalteinrichtungen zum Gegenstand, die der Brennerdüse zugeordnet sind, wie sie bei Plasmalichtbogenschweißvorrichtungen verwendet werden.The invention relates to a plasma arc welding device and is more specifically the subject of shutdown devices associated with the torch nozzle, such as are used in plasma arc welding devices.

Die Erfindung ist insbesondere anwendbar bei einer Plasma­lichtbogenschneidbrennvorrichtung, die zunächst einen Hilfs- oder Zündlichtbogen zwischen der Brennerdüse und der Elek­trode erzeugt, und sie wird mit besonderer Bezugnahme hier­auf beschrieben. Die Erfindung hat jedoch ein weiteres An­wendungsgebiet und kann auch bei Plasmalichtbogenschneid­systemen verwendet werden, die einen Plasmalichtbogen ohne Zünd- oder Hilfslichtbogen erzeugen.The invention is particularly applicable to a plasma arc cutting torch that initially creates an auxiliary or pilot arc between the torch nozzle and the electrode and is described with particular reference thereto. However, the invention has a further field of application and can also be used in plasma arc cutting systems which generate a plasma arc without an ignition or auxiliary arc.

Bei Brennern der Art, auf die sich die Erfindung bezieht, wird ein ionisierbares Gas der Brennerdüse im allgemeinen vor einer negativ geladenen Elektrode zugeführt. Ein Hoch­frequenzwechselstromsignal mit hoher Spannung wird dem Gleichstromsignal überlagert, was zwischen der Elektrode und der Brennerdüse einen Funken überspringen läßt, der einen Anfangszündlichtbogen erzeugt. Der Zündlichtbogen erhitzt und ionisiert das Gas, das durch die Düse strömt, und erzeugt einen Plasmastrom. Wenn die Düse des Brenners in die Nähe des Werkstückes gebracht wird, welches einen niedrigeren Impedanzgrad hat als die Brennerdüse, springt der Zündlichtbogen von der Düse auf das Werkstück über und er­zeugt einen Plasmabogen zwischen der Elektrode und dem Werk­stück. Der Plasmalichtbogen erlaubt es dem Brenner, seine Funktion richtig zu erfüllen, d.h. entweder zu schneiden, zu schweißen oder Metall abzulagern.In burners of the type to which the invention relates, an ionizable gas is generally supplied to the burner nozzle in front of a negatively charged electrode. A high frequency, high voltage, alternating current signal is superimposed on the direct current signal, causing a spark to jump between the electrode and the torch nozzle that creates an initial ignition arc. The pilot arc heats and ionizes the gas flowing through the nozzle and generates a plasma flow. If the nozzle of the torch is brought close to the workpiece, which has a lower impedance than the torch nozzle, jumps the pilot arc from the nozzle to the workpiece and creates a plasma arc between the electrode and the workpiece. The plasma arc allows the torch to perform its function properly, either cutting, welding or depositing metal.

Bei allen Plasmalichtbogenschweißeinrichtungen ist eine Düse vorgesehen, welche die Elektrode, die eine hohe Spannung führt, umschließt und vor gelegentlicher Erdung schützt, um den Strom der ionisierbaren Gase als ein Plasma gegen das Werkstück zu richten und den Plasmastrahl einzuschnüren und ihm eine sehr hohe Plasmatemperatur zu verleihen. Brennerteile, insbeson­dere die Brennerdüse, verbrauchen sich "etwas" und müssen eventuell ausgetauscht werden. Insbesondere der Zündlichtbogen zwischen der Düse und der Elektrode kann einen Verschleiß der Düse herbeiführen. Am Verschleiß der Düse ist auch die Hitze der ionisierten Gase beteiligt und bis zu einem gewissen Grad erfordert die ungünstige Wirkung der Hitze gelegentlich den Austausch der Elektrode. Demgemäß werden die Düse und die Elektrode gewöhnlich als austauschbare Teile ausgebildet, die in den Brennerkörper eingeschraubt sind, so daß die Düse die Elektrode schützt und umgibt mit Ausnahme einer schmalen Öffnung, durch welche der Plasmastrahl hindurchgeht. Wenn die Teile ausgetauscht werden sollen, müssen sie in der Tat genau zueinander passend wieder zusammengebaut werden, um sicherzu­stellen, daß die Elektrode einwandfrei geschützt ist, um eine gelegentliche Erdung zu vermeiden, die dann auftreten könnte, wenn der Brenner mangelhaft und ohne die Düse zusammengebaut wurde.In all plasma arc welding devices, a nozzle is provided which encloses the electrode which carries a high voltage and protects it from occasional grounding, in order to direct the current of the ionizable gases as a plasma against the workpiece and to constrict the plasma jet and to give it a very high plasma temperature to lend. Burner parts, especially the burner nozzle, consume "something" and may need to be replaced. In particular, the pilot arc between the nozzle and the electrode can cause wear on the nozzle. The heat of the ionized gases also contributes to the wear of the nozzle, and to a certain extent the unfavorable effect of the heat occasionally requires the electrode to be replaced. Accordingly, the nozzle and the electrode are usually formed as interchangeable parts which are screwed into the torch body so that the nozzle protects and surrounds the electrode except for a narrow opening through which the plasma jet passes. Indeed, when the parts are to be replaced, they must be reassembled to ensure that the electrode is properly protected to avoid occasional grounding, which could occur if the torch is poorly assembled without the nozzle has been.

Dieses Problem wurde schon früher erkannt und es wurden ver­schiedene Lösungen vorgeschlagen. Im US-Patent 4 663 515 von Kneeland et al wird beispielsweise eine Düse vorgeschlagen, welche den Gasdruck ansteigen läßt, wenn sie sich nicht an Ort und Stelle befindet. Der Anstieg des Gasdruckes wird er­fühlt und die Stromquelle abgeschaltet. Die US-Patente 4 590 354 und 4 682 005 von Marhic offenbaren Schutzdüsen, welche die Elektrode umgeben und durch den Druck des Plasmagases in den Arbeitskontakt gleiten können. Obgleich solche Vorrichtun­gen den Brenner abschalten, kann sich in der Praxis in der Zeit, wo der Gasdruck abgefühlt oder aktiviert wird, schon ein Lichtbogen entladen. Außerdem sind Gasdruckfühleinrich­tungen teuer.This problem has been recognized earlier and various solutions have been proposed. For example, Kneeland et al, U.S. Patent 4,663,515, proposes a nozzle that causes the gas pressure to increase when it is not in place. The rise in gas pressure is felt and the power source is switched off. The U.S. patents 4,590,354 and 4,682,005 from Marhic disclose protective nozzles which surround the electrode and can slide into the working contact due to the pressure of the plasma gas. Although such devices turn off the burner, in practice an arc can discharge in the period when the gas pressure is sensed or activated. In addition, gas pressure sensing devices are expensive.

In dem US-Patent 4 585 921 von Wilkins et al, auf das hiermit Bezug genommen wird, wird ein Schaltkontakt hergestellt, so­bald ein die Düse umgebender Konus in Stellung gebracht wird. Solange der Schalter nicht aktiviert ist, ist die Stromquelle abgeschaltet. Bei dieser bekannten Vorrichtung könnte sich je­doch der Konus an Ort und Stelle befinden und die Düse unbeab­sichtigt von der Vorrichtung entfernt werden. Der Schalter könnte dann aktiviert werden, weil sich der Konus in Stellung befindet, aber die Elektrode könnte freiliegen. Es besteht deshalb immer noch die Notwendigkeit, jede unbeabsichtigte Lichtbogenentladung bei einem Plasmalichtbogenschweißbrenner zu vermeiden, solange die Teile des Brenners nicht vorschrifts­mäßig zusammengebaut sind.In U.S. Patent 4,585,921 to Wilkins et al, incorporated herein by reference, a switch contact is made as soon as a cone surrounding the nozzle is positioned. As long as the switch is not activated, the power source is switched off. In this known device, however, the cone could be in place and the nozzle could be inadvertently removed from the device. The switch could then be activated because the cone is in position, but the electrode could be exposed. Therefore, there is still a need to avoid any accidental arc discharge in a plasma arc welding torch as long as the parts of the torch are not assembled properly.

Bei allen Plasmalichtbogenschweißvorrichtungen wird der elek­trische Hauptstrom der Elektrode im Brennerkörper durch einen Hauptleiter zugeführt, der sich in einem Kabel befindet, wel­ches sich vom Brennerkörper zur Energiequelle erstreckt. Die­ses Kabel kann von irgendeinem aus einer Vielzahl von ver­schiedenen metallischen Gegenständen durchschlagen oder be­schädigt werden, die im Arbeitsbereich einer gewerblichen Betätigung immer vorhanden sind. Solche metallischen Gegen­stände können den Hauptleiter berühren und die gleiche Art eines elektrisch gefährlichen Zustandes herbeiführen, der auch bei einer freiliegenden Elektrode vorhanden ist. Die bisherigen Versuche, die sich mit diesen Problemen befaßten, waren darauf gerichtet, ein zähes, dauerhaftes und durch­ stoßwiderstandsfähiges Kabel zu schaffen. Derartige Kabel ver­teuern jedoch die Einrichtung und erfordern eine periodische Inspektion und einen gelegentlichen Austausch.In all plasma arc welding devices, the main electrical current of the electrode in the torch body is supplied through a main conductor which is located in a cable which extends from the torch body to the energy source. This cable can be punctured or damaged by any of a variety of different metallic objects that are always present in the work area of a commercial activity. Such metallic objects can touch the main conductor and bring about the same type of electrically dangerous state that is also present with an exposed electrode. The previous attempts to deal with these problems have been directed towards being tough, lasting and through to create shock-resistant cable. However, such cables make the equipment more expensive and require periodic inspection and occasional replacement.

Allen Plasmalichtbogenschweißvorrichtungen, die einen Zünd­lichtbogen verwenden, ist gemeinsam, daß der Strom im Licht­bogen in dem Augenblick anwächst, in dem der Zündlichtbogen als Plasmalichtbogen von der Düse auf das Werkstück übertra­gen wird. Bei der Lichtbogenübertragung wechselt der Licht­bogen augenblicklich von der Elektrode auf die Düsenöffnung neben der Elektrode und von der Düsenöffnung auf das Werkstück über. Dieser Doppelbogen zerstört möglicherweise die Düse, was da­zu führt. daß sich die Düsenöffnung vergrößert und die Elektrode freigelegt wird. Dieses Problem wurde bereits erkannt und im Stande der Technik wurden verschiedene Stromkreise vorgeschlagen, bei denen der elektrische Strom im Lichtbogen im Moment des Überganges ver­ringert wird. Ein Beispiel eines solchen Stromkreises wird in dem US-Patent 3 745 321 von Shapiro et al gezeigt, auf das hiermit Bezug genommen wird. Obgleich derartige Stromkreise auf das Problem etwas leicht reagieren, haben sie doch ent­weder Stabilitätsprobleme oder es sind Nachteile im Energie­wirkungsgrad hiermit verbunden.Common to all plasma arc welding devices which use a pilot arc is that the current in the arc increases at the moment when the pilot arc is transferred as a plasma arc from the nozzle to the workpiece. When transferring the arc, the arc instantaneously changes from the electrode to the nozzle opening next to the electrode and from the nozzle opening to the workpiece. This double arc may destroy the nozzle, which leads to it. that the nozzle opening enlarges and the electrode is exposed. This problem has already been recognized and various circuits have been proposed in the prior art in which the electric current in the arc is reduced at the moment of transition. An example of such a circuit is shown in U.S. Patent 3,745,321 to Shapiro et al, which is incorporated herein by reference. Although such circuits react somewhat easily to the problem, they either have stability problems or are associated with disadvantages in energy efficiency.

Die Anmelderin hat bei ihren Stromquellen zum Lichtbogen­schweißen, jedoch nicht bei Plasmalichtbogenschweißvorrichtun­gen als solchen, einen Überlastprüfkreis verwendet, der einen Kurzschluß zwischen der Elektrode und der Düse erfaßt und in Abhängigkeit von einer abgetasteten Spannung, die einen vor­herbestimmten Wert überschreitet, die Stromquelle abschaltet.The applicant has used an overload test circuit for its arc welding power sources, but not for plasma arc welding devices as such, which detects a short circuit between the electrode and the nozzle and turns off the power source in response to a sensed voltage exceeding a predetermined value.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Plasmalichtbogenschweiß­vorrichtung zu schaffen, bei der die Dauerhaftigkeit und Zu­verlässigkeit der Plasmalichtbogenschweißung verbessert wird und die über eine Stromunterbrechungs- und/oder Abschalt­vorrichtung verfügt, welche den Betrieb des Brenners ver­bessert.The object of the invention is to provide a plasma arc welding device in which the durability and reliability of the plasma arc welding is improved and which has a current interruption and / or shutdown device which improves the operation of the torch.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung durch die in den Ansprü­chen angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved with the invention by the features specified in the claims.

Hierbei wird nach der Erfindung eine Plasmalichtbogenschweiß­vorrichtung eingesetzt, die zum Durchführen von verschiedenen Schweißprozessen auf einem Werkstück geeignet ist und zu der in an sich bekannter Weise eine elektrische Stromquelle, eine Vorratsquelle für Gas zum Erzeugen eines Plasmas und ein Brennerkörper gehören, der eine Elektrode und eine Düsenvor­richtung aufweist, welche die Elektrode mit einem vorbestimm­ten Abstand hierzu umgibt. Ein konventioneller Überlastungs­prüfkreis ist vorgesehen, der einen Kurzschluß zwischen der Düseneinrichtung und der Elektrode erfaßt und die elektrische Stromquelle abschaltet, wenn ein Kurzschluß festgestellt wird. In einem Kabel, das mit seinem einen Ende an dem Brennerkörper und mit seinem gegenüberliegenden Ende an die elektrische Stromquelle angeschlossen ist, ist ein elektrischer Haupt­leiter angeordnet, der den elektrischen Strom von der Strom­quelle der Elektrode im Brennerkörper zuführt. Eine Sensor­vorrichtung im Kabel erfaßt ein Durchschlagen oder einen Bruch im Kabel, der schwer genug ist, um einen Berührungskontakt mit dem Hauptleiter herbeizuführen, und der aufgrund dieses Kon­taktes den Überlastprüfkreis betätigt, um die elektrische Stromquelle abzuschalten.Here, according to the invention, a plasma arc welding device is used which is suitable for carrying out various welding processes on a workpiece and which includes, in a manner known per se, an electrical power source, a supply source for gas for generating a plasma and a torch body which has an electrode and a Has nozzle device which surrounds the electrode at a predetermined distance from it. A conventional overload test circuit is provided which detects a short circuit between the nozzle device and the electrode and switches off the electrical power source if a short circuit is detected. In a cable which is connected at one end to the torch body and at its opposite end to the electrical power source, an electrical main conductor is arranged which supplies the electrical current from the power source to the electrode in the torch body. A sensor device in the cable detects a breakdown or break in the cable which is severe enough to make contact with the main conductor and which, on the basis of this contact, actuates the overload test circuit to switch off the electrical power source.

Mehr im einzelnen gehört zu dem Überlastungsdetektorkreis ein Zündlichtbogenleiter, dessen eines Ende an die Düseneinrich­tung und dessen anderes Ende an das Erdpotential (Werkstück­leitung) angeschlossen ist. Wenn die elektrische Stromquelle aktiviert wird, wird zwischen der Elektrode und der Düsen­einrichtung ein Zündlichtbogen erzeugt und die zwischen dem Zündlichtbogenleiter und der Erdung auftretende Spannung wird durch den Überlastungsdetektorkreis gemessen. Der Überlast­prüfkreis schaltet die elektrische Stromquelle ab, wenn die Spannung einen vorherbestimmten Wert überschreitet. Der Sensor- oder Fühlkreis hat eine durchgehende, elektrisch leitende Ab­schirmung, die in das Kabel eingebettet ist und den Hauptlei­ter umgibt und sich über die gesamte Länge des Kabels erstreckt. An der Abschirmfolie ist ein nackter Draht oder eine Erdungs­leitung befestigt, die an den Zündlichtbogenleiter angeschlos­sen ist. Wenn ein elektrisch leitender Gegenstand die Abschirm­folie durchschlägt und mit dem Hauptleiter in Kontakt kommt, wird ein Kurzschluß erzeugt, der von dem Überlastprüfkreis erfaßt wird, welcher die elektrische Stromquelle abschaltet.More specifically, the overload detector circuit includes an ignition arc conductor, one end of which is connected to the nozzle device and the other end of which is connected to the earth potential (workpiece line). When the electrical power source is activated, an ignition arc is generated between the electrode and the nozzle device, and the voltage between the ignition arc conductor and ground is measured by the overload detector circuit. The overload test circuit turns off the electrical power source when the voltage exceeds a predetermined value. The sensor or sensing circuit has a continuous, electrically conductive shield which is embedded in the cable and surrounds the main conductor and extends over the entire length of the cable. A bare wire or an earth wire is attached to the shielding film and is connected to the ignition arc conductor. When an electrically conductive object breaks through the shielding foil and comes into contact with the main conductor, a short circuit is generated which is detected by the overload test circuit, which switches off the electrical power source.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung hat die Düsenein­richtung eine im wesentlichen zylindrische Düsenhülse, die ständig im Brennerkörper eingebettet ist, und eine austausch­bare, napfförmige Düsenspitze, die fest in die Düsenhülse eingeschraubt werden kann. Der Zündlichtbogenleiter ist an die Düsenhülse angeschlossen. Im Brennerkörper ist ein elektrisch isolierter Federdrahtschleppkontakt eingebettet und ein an eine elektrische Stromquelle angeschlossener Durch­gangsprüfungsleiter ist mit dem Schleppkontakt verbunden. Wenn die Düsenspitze in der Düsenhülse richtig befestigt ist, wird zwischen der Durchgangsprüfungsleitung und dem Zündlicht­bogenleiter eine elektrische Verbindung hergestellt und ein Stromkreis zum Messen eines elektrischen Durchganges zwischen diesen Teilen hergestellt, derart, daß bei einer Stromunter­brechung die elektrische Stromquelle abgeschaltet wird. In Verbindung mit dem Überlastprüfkreis gewährleistet der Durch­gangsprüfkreis einen jederzeit sicheren Schweißbrenner.According to a further feature of the invention, the nozzle device has a substantially cylindrical nozzle sleeve, which is constantly embedded in the burner body, and an exchangeable, cup-shaped nozzle tip, which can be screwed firmly into the nozzle sleeve. The pilot arc wire is connected to the nozzle sleeve. An electrically insulated spring wire trailing contact is embedded in the burner body and a continuity test conductor connected to an electrical power source is connected to the trailing contact. When the nozzle tip is properly secured in the nozzle sleeve, an electrical connection is made between the continuity test line and the pilot arc conductor and a circuit for measuring electrical continuity is established between these parts such that the electrical power source is turned off in the event of a power failure. In conjunction with the overload test circuit, the continuity test circuit ensures a safe welding torch at all times.

Die schalenförmige Düsenspitze umgibt und schützt die Elektro­de vollständig und befindet sich immer auf einem verhältnis­mäßig niedrigen Potential, wie dies weiter oben beschrieben wurde, so daß der Brenner verhältnismäßig sicher ist, solange sich die schalenförmige Düsenspitze in Stellung befindet. Sollte die Elektrode beschädigt werden oder gegenüber der schalenförmigen Düsenspitze falsch eingeführt werden oder sollte ein Fremdkörper seinen Weg zur Elektrode gefunden haben, so daß ein Kontakt mit der napfförmigen Düsenspitze hergestellt wurde, wird der Überlastdetektorkreis betätigt.The cup-shaped nozzle tip completely surrounds and protects the electrode and is always at a relatively low potential, as described above, so that the torch is relatively safe as long as the cup-shaped nozzle tip is in position. Should the electrode be damaged or inserted incorrectly against the bowl-shaped nozzle tip or If a foreign body has found its way to the electrode so that contact is made with the cup-shaped nozzle tip, the overload detector circuit is actuated.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erzeugt die elektri­sche Stromquelle durch eine Thyristor-Brücke mehrere elektri­sche Gleichstromimpulse, die der Elektrode zugeführt werden und einen Zündlichtbogen erzeugen, wenn der Zündlichtbogen­schalter mit der Erdung verbunden ist. Die Amplitude eines jeden Stromimpulses wird abgetastet und der Ausgangskreis, der die elektrischen Gleichspannungsimpulse erzeugt, wird durch einen Schaltkreis (triggering circuit) in Phase zurück­gebracht (phased back) oder verzögert, wenn ein vorherbestimm­ter Strompegel überschritten wird. In der Praxis übersteigt die Amplitude des letzten Impulses im Zündlichtbogen den vor­herbestimmten Strompegel, wodurch der Schaltkreis betätigt wird, um den Phasenwinkel und infolgedessen auch den Strom zu verändern, sobald der Zündlichtbogen in den Plasmalicht­bogen übergeht.According to a further feature of the invention, the electrical current source generates a plurality of DC electrical pulses through a thyristor bridge, which are supplied to the electrode and generate an ignition arc when the ignition arc switch is connected to ground. The amplitude of each current pulse is sampled and the output circuit that generates the DC electrical pulses is phased back by a triggering circuit or delayed when a predetermined current level is exceeded. In practice, the amplitude of the last pulse in the pilot arc exceeds the predetermined current level, causing the circuit to operate to change the phase angle and, consequently, the current as soon as the pilot arc changes to the plasma arc.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Kondensator­kreis vorgesehen, der den Plasmalichtbogen aufrechterhält, wenn der Ausgangskreis in Phase zurückgesetzt wird, um jede Pendelneigung des Ausgangskreises zu reduzieren. Der Konden­satorkreis wird auf ähnliche Weise betätigt, wenn der Schalt­kreis beim Zünden des Pilotlichtbogens in Phase nach vorn ge­bracht, d.h. beschleunigt wird.According to another feature of the invention, a capacitor circuit is provided which maintains the plasma arc when the output circuit is reset in phase to reduce any pendulum tendency of the output circuit. The capacitor circuit is operated in a similar manner when the circuit is brought forward in phase when the pilot arc is ignited, i.e. is accelerated.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß bei einem Plasmalichtbogen­schweißbrenner der Brenner abgeschaltet wird, wenn das Kabel durchschlagen wird. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in einer zwangsweisen Stromunterbrechung bei einem Plasma­lichtbogenschweißbrenner, die sicherstellt, daß der Brenner nicht gebrauchsfähig ist, wenn er nicht richtig zusammengebaut ist.The invention has the advantage that, in a plasma arc welding torch, the torch is switched off when the cable is broken through. Another advantage of the invention is a forced power cut in a plasma arc welding torch which ensures that the torch will not be usable if it is not properly assembled.

Ein weiterer Vorteil liegt in der Steuervorrichtung für einen Plasmalichtbogenschneidbrenner, die eine übermäßige Licht­bogenbildung und einen Verschleiß der Düse verhindert.Another advantage is the control device for a plasma arc cutting torch, which prevents excessive arcing and wear of the nozzle.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist in einer Steuervor­richtung für eine Plasmalichtbogenschneidvorrichtung zu sehen, welche die Verwendung der elektrischen Stromquelle zum Erzeu­gen eines Plasmalichtbogens mit höchstem Wirkungsgrad erlaubt.A particular advantage of the invention can be seen in a control device for a plasma arc cutting device, which allows the use of the electrical power source to generate a plasma arc with the highest efficiency.

Weitere Vorteile der Erfindung liegen in den preiswerten, aber zuverlässigen Stromunterbrechungs- und/oder Überlast­prüfeinrichtungen und in den konstruktiven Maßnahmen, welche den Gebrauch der Schweißvorrichtung unmöglich machen, solange die Elektrode nicht vollständig von der Düse geschützt wird.Further advantages of the invention lie in the inexpensive but reliable current interruption and / or overload test devices and in the structural measures which make the use of the welding device impossible as long as the electrode is not fully protected by the nozzle.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung an Beispielen näher erläutert ist. Es zeigt:

  • Fig. 1 einen Plasmalichtbogenschweißbrennerkörper im Längsschnitt und die zugehörige Plasma­lichtbogenschweißvorrichtung in einer sche­matischen Darstellung;
  • Fig. 2 und 3 den Brennerkörper nach Fig. 1 in einem Quer­schnitt nach den Linien 2-2 bzw. 3-3 der Fig. 1,
  • Fig. 4 einen Teil des Schweißbrenners in einer Seitenansicht und teilweise im Schnitt,
  • Fig. 5 den Schweißbrennerkörper in einer ausein­andergezogenen, perspektivischen Darstellung,
  • Fig. 6 einen perspektivischen Querschnitt durch ein Kabel, das in Verbindung mit dem Brenner nach der Erfindung verwendet wird,
  • Fig. 7 die Befestigung des Leiters an der Abschirmfolie bei dem Kabel nach Fig. 6,
  • Fig. 8 einen Teilquerschnitt der Fig. 7 nach Linie 8-8 der Fig. 7,
  • Fig. 9 eine graphische Darstellung der in dem in den Fig. 7 und 8 gezeigten Leiter gemessenen Spannung,
  • Fig. 10 und 11 schematische Diagramme, die verschiedene an den Zündlichtbogenleiter angeschlossene Schaltkreise zum Abschalten der elektri­schen Stromquelle zeigen,
  • Fig. 12 eine schematische Darstellung der Prinzip­schaltung, wie sie bei der Schweißvorrich­tung nach der Erfindung verwendet wird,
  • Fig. 13 ein Diagramm, das den von dem Brenner gelieferten Strom und seine Spannung wiedergibt, wenn er einen Plasmalicht­bogen entwickelt, und
  • Fig. 14 einen Teil der Brennerspitze in einer Seitenansicht und teilweise im Schnitt, welcher den bei der Erfindung verwende­ten federnden Kontakt zeigt.
Further features and advantages of the invention result from the following description and the drawings, in which a preferred embodiment of the invention is explained in more detail with examples. It shows:
  • Figure 1 shows a plasma arc torch body in longitudinal section and the associated plasma arc welding device in a schematic representation.
  • 2 and 3, the burner body of FIG. 1 in a cross section along the lines 2-2 and 3-3 of FIG. 1,
  • 4 a part of the welding torch in a side view and partly in section,
  • 5 shows the welding torch body in an exploded perspective view,
  • 6 is a perspective cross section through a cable used in connection with the burner according to the invention,
  • 7 shows the attachment of the conductor to the shielding foil in the cable according to FIG. 6,
  • 8 is a partial cross section of FIG. 7 along line 8-8 of FIG. 7,
  • 9 is a graphical representation of the voltage measured in the conductor shown in FIGS. 7 and 8;
  • 10 and 11 are schematic diagrams showing various circuits connected to the ignition arc conductor for switching off the electrical power source,
  • 12 is a schematic representation of the basic circuit as used in the welding device according to the invention,
  • 13 is a graph showing the current and voltage supplied by the torch when it develops a plasma arc, and
  • 14 shows a part of the burner tip in a side view and partly in section, which shows the resilient contact used in the invention.

In den Fig. 1 bis 5 ist der Plasmalichtbogenbrenner in seiner Gesamtheit mit "A" bezeichnet, der einen elektrisch isolier­ten Brennerkörper 10 aus hartem Kunststoff aufweist, der in eine geeignete Form, beispielsweise einen Handgriff, gebracht ist, die jedoch nicht dargestellt ist. In dem Brennerkörper 10 ist eine geeignete Plasmagasleitung 12 angeordnet, durch welche ein geeignetes, ionisierbares Gas, beispielsweise Luft, dem Plasmalichtbogenschweißbrenner A zugeführt wird. Die Gasleitung 12 befindet sich in gasdichter Verbindung mit einem Gasverteiler 13 aus Metall, der eine diesen durch­setzende zentrale Durchströmöffnung 15 aufweist. Das eine Ende der zentralen Durchströmöffnung 15 ist mit einem Innen­gewinde 16 versehen. Das Innengewinde 16 setzt sich bis zum Ende des Gasverteilers 13 fort, der dort eine ebene Sitz­fläche 17 bildet. In die zentrale Durchströmöffnung 15 münden mehrere radial verlaufende Gasverteilungskanäle 18, welche das Plasmagas auf die Außenseiten des Gasverteilers 13 ver­teilen, wie dies durch die Pfeile in Fig. 1 angedeutet ist.1 to 5, the plasma arc torch is designated in its entirety by "A", which has an electrically insulated torch body 10 made of hard plastic, which is brought into a suitable shape, for example a handle, but which is not shown. A suitable plasma gas line 12 is arranged in the torch body 10, through which a suitable, ionizable gas, for example air, is fed to the plasma arc welding torch A. The gas line 12 is in gas-tight connection with a gas distributor 13 made of metal, which has a central throughflow opening 15 passing through it. One end of the central flow opening 15 is provided with an internal thread 16. The internal thread 16 continues to the end of the gas distributor 13, which forms a flat seat 17 there. A plurality of radially extending gas distribution channels 18, which distribute the plasma gas onto the outer sides of the gas distributor 13, open into the central throughflow opening 15, as is indicated by the arrows in FIG. 1.

In einem zylindrischen Metallgehäuse 23 ist eine Elektrode 20 in Form eines Hafnium-Drahtes 21 eingebettet. Das zylindri­sche Gehäuse 23 hat ein abgerundetes Ende 24 und eine ring­förmige Schulter 26 an seinem gegenüberliegenden Ende, an dem sich ein Zapfen 27 mit Außengewinde befindet. Der Zapfen 27 ist in den Gasverteiler 13 so weit eingeschraubt, daß die Schulter 26 an der ebenen Sitzfläche 17 des Gasverteilers 13 dicht anliegt.An electrode 20 in the form of a hafnium wire 21 is embedded in a cylindrical metal housing 23. The cylindrical housing 23 has a rounded end 24 and an annular shoulder 26 at its opposite end, on which there is a pin 27 with an external thread. The pin 27 is screwed into the gas distributor 13 so far that the shoulder 26 bears tightly against the flat seat surface 17 of the gas distributor 13.

Der Gasverteiler 13 und die Elektrode 20 werden von einer Düseneinrichtung oder einem Düsenkörper 30 umgeben, der aus einer Düsenhülse 31 und einer schalenförmigen Düsenspitze 32 besteht. Wie am besten aus den Fig. 1, 4 und 5 hervorgeht, hat die Düsenhülse 31 einen zylindrischen Basisteil 34, wel­cher den Gasverteiler 13 umgibt und in dem Brennerkörper 10 aus Kunststoff eingebettet ist. Der Basisteil 34 endet in einem ringförmigen Kontaktringteil 35.The gas distributor 13 and the electrode 20 are surrounded by a nozzle device or a nozzle body 30, which consists of a nozzle sleeve 31 and a bowl-shaped nozzle tip 32. 1, 4 and 5, the nozzle sleeve 31 has a cylindrical base part 34 which surrounds the gas distributor 13 and is embedded in the plastic burner body 10. The base part 34 ends in an annular contact ring part 35.

Der Ringteil 35 hat eine flache, ringförmige Kontaktfläche 37 und eine Mittelöffnung 38 mit Innengewinde, die sich von der ringförmigen Kontaktfläche 37 nach innen erstreckt, und eine sich nach außen erweiternde, kegelstumpfförmige Außenfläche 39, die vom Außenrand der ringförmigen Kontaktfläche 37 aus­geht und mit dem zylindrischen Basisteil 34 eine Außenschul­ter 40 bildet. Neben der Verschneidung des Ringteiles 35 mit dem zylindrischen Basisteil 34 ist im Ringteil 35 eine innere Ringschulter 42 ausgebildet.The ring portion 35 has a flat, annular contact surface 37 and a central opening 38 with an internal thread, which extends inward from the annular contact surface 37, and an outwardly widening, frustoconical outer surface 39, which extends from the outer edge of the annular contact surface 37 and with which cylindrical base part 34 forms an outer shoulder 40. In addition to the intersection of the ring part 35 with the cylindrical base part 34, an inner ring shoulder 42 is formed in the ring part 35.

Den Ringteil 35 durchdringt mindestens eine Gaspassage 44, die eine Gasverbindung zwischen der Innenseite und der Außen­seite der Düsenhülse 31 herstellt. Ein ringförmiger, elektrisch isolierender Sitzring 45 aus Kunststoff liegt mit einem Ende an der inneren Ringschulter 42 und mit seinem anderen Ende an der flachen Sitzfläche 17 des metallenen Gasverteilers 13 an. Der ringförmige Sitzring 45 positioniert hierdurch den Gas­verteiler 13 und die Elektrode 20 in einem elektrisch isolie­renden, festen Raumabstand zur Düsenhülse 31.The ring part 35 penetrates at least one gas passage 44, which creates a gas connection between the inside and the outside of the nozzle sleeve 31. An annular, electrically insulating seat ring 45 made of plastic rests with one end on the inner ring shoulder 42 and with its other end on the flat seat 17 of the metal gas distributor 13. As a result, the annular seat ring 45 positions the gas distributor 13 and the electrode 20 at an electrically insulating, fixed spatial distance from the nozzle sleeve 31.

Radiale Gaskanäle 46 erstrecken sich von der zylindrischen Außenwand zur zylindrischen Innenwand des Isoliersitzringes 45. Zwischen dem zylindrischen Basisteil der Düsenhülse 31 und dem Gasverteiler 13 wird ein Ringraum gebildet. Das Gas strömt von den radialen Durchtrittsöffnungen 18 im Gasvertei­ler 13 in den Ringraum 48 und von hier durch die sich in radialer Richtung erstreckenden Gaskanäle 46 gegen das zylindrische Elektrodengehäuse 23, wo das Gas ionisiert wird. Alternativ strömt das Gas durch die Gasaustritts­öffnungen 44 im Ringteil 35 für die Metallbeseitigung, während dieser Gasstrom gleichzeitig den Düsenkörper 30 kühlt.Radial gas channels 46 extend from the cylindrical outer wall to the cylindrical inner wall of the insulating seat ring 45. An annular space is formed between the cylindrical base part of the nozzle sleeve 31 and the gas distributor 13. The gas flows from the radial passage openings 18 in the gas distributor 13 into the annular space 48 and from here through the gas channels 46 extending in the radial direction against the cylindrical electrode housing 23, where the gas is ionized. Alternatively, the gas flows through the gas outlet openings 44 in the ring part 35 for metal removal, while this gas flow simultaneously cools the nozzle body 30.

Wie bereits angedeutet, hat der Düsenkörper 30 einen napf­förmigen Düsenspitzenkörper 32, von dessen ringförmiger Kon­taktgrundfläche 50 eine Buchse 51 mit Außengewinde ausgeht, die in das Innengewinde der zentralen Öffnung 38 der Düsen­hülse 31 eingeschraubt werden kann. Der untere Teil 53 der schalenförmigen Düsenspitze 32 hat eine sich in Axialrichtung erstreckende Öffnung 54, die geringfügig kleiner ist als der Elektrodendraht 21, aber mit diesem fluchtet. Die Innenfläche 56 der schalenförmigen Düsenspitze 32 ist etwa gleich gestal­tet wie die Form des zylindrischen Elektrodengehäuses 23, so daß zwischen der Innenfläche 56 der schalenförmigen Düsen­spitze 32 und der Außenfläche des zylindrischen Elektroden­gehäuses 23 ein Funkenüberschlagraum 57 entsteht, der zur Spitze hin sanft gekrümmt ist, wie dies aus Fig. 1 hervor­geht. In dem Funkenüberschlagraum 57 wird ein Funke gebildet, der sehr schnell zu dem Zündlichtbogenraum 59 wandert, der sich in der Nähe des abgerundeten Endes 24 des zylindrischen Elektrodengehäuses 23 befindet, wo der Zündlichtbogen erzeugt wird. Tatsächlich ist der Zündlichtbogenraum 59 ein maximaler Raum in dem Zündfunkenüberschlagraum 57, wobei gefunden wurde, daß solch eine Anordnung die Schneidfähigkeit des Brenners verbessert.As already indicated, the nozzle body 30 has a cup-shaped nozzle tip body 32, from whose annular contact base 50 a bush 51 with an external thread extends. which can be screwed into the internal thread of the central opening 38 of the nozzle sleeve 31. The lower part 53 of the bowl-shaped nozzle tip 32 has an opening 54 which extends in the axial direction and which is slightly smaller than the electrode wire 21, but is flush with it. The inner surface 56 of the bowl-shaped nozzle tip 32 is designed approximately the same as the shape of the cylindrical electrode housing 23, so that between the inner surface 56 of the bowl-shaped nozzle tip 32 and the outer surface of the cylindrical electrode housing 23, a sparkover space 57 is formed, which is gently curved toward the tip, as this is apparent from Fig. 1. A spark is formed in the arcing space 57, which migrates very quickly to the ignition arc space 59, which is located near the rounded end 24 of the cylindrical electrode housing 23, where the ignition arc is generated. In fact, the pilot arc space 59 is a maximum space in the spark flashover space 57, and it has been found that such an arrangement improves the cutting ability of the torch.

Über den Düsenkörper 30 ist eine Gaskühlhülse 60 geschoben, die mit Hilfe eines O-Ringes 62 dicht anliegt, der zwischen der Schulter 40 des Kontaktringteiles 35 der Düsenhülse 31, dem Brennerkörper 10 und der Innenfläche der Kühlhülse 60 zusammengepreßt wird. Die Gaskühlhülse 60 wirkt mit dem Düsenkörper 30 derart zusammen, daß ein feiner Gasstrom auf den Schnitt im Werkstück geleitet oder auf diesen Schnitt fokussiert wird, der von dem Plasmalichtbogen zur Entfernung des Metalles erzeugt wird. Außerdem ist die Ausbildung der kegelstumpfförmigen Fläche 39, der Außenfläche der napfförmi­gen Düsenspitze 32, die Anordnung der Gasaustrittsöffnungen 44 und die innere Form der Gaskühlhülse 60 derart, daß beim Ausströmen des Gases durch die Gasaustrittsöffnungen 44 und den Raum zwischen der Kühlhülse 60 und dem Düsenkörper 30 ein etwas turbulenter Gasstrom erzeugt wird, welcher die Kühlung des Düsenkörpers 30 verbessert, wobei sich diese verbesserte Gaskühlung dadurch fortsetzt, daß das Gas als Düsenstrom tangential der Stirnfläche der napfförmigen Düsen­spitze 32 zugeführt wird, wenn das Gas den Kühlraum 63 ver­läßt, was in erster Linie dazu dient, zum Zwecke der Metall­abtragung den Gasstrom genau auf das Werkstück zu richten.A gas cooling sleeve 60 is pushed over the nozzle body 30 and bears tightly with the aid of an O-ring 62, which is pressed together between the shoulder 40 of the contact ring part 35 of the nozzle sleeve 31, the burner body 10 and the inner surface of the cooling sleeve 60. The gas cooling sleeve 60 interacts with the nozzle body 30 in such a way that a fine gas flow is directed onto the cut in the workpiece or is focused on this cut, which is generated by the plasma arc to remove the metal. In addition, the configuration of the frustoconical surface 39, the outer surface of the cup-shaped nozzle tip 32, the arrangement of the gas outlet openings 44 and the inner shape of the gas cooling sleeve 60 are such that when the gas flows out through the gas outlet openings 44 and the space between the cooling sleeve 60 and the nozzle body 30 a somewhat turbulent gas flow is generated which improves the cooling of the nozzle body 30, whereby this Improved gas cooling continues by supplying the gas as a nozzle stream tangential to the end face of the cup-shaped nozzle tip 32 when the gas leaves the cooling space 63, which primarily serves to direct the gas stream precisely onto the workpiece for the purpose of metal removal.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist eine 250 - 350 V Gleichstrom­quelle mit dem Brenner A und dem Werkstück W verbunden. Ein Kathodenleiter 70 verbindet den negativen Pol der Gleich­stromquelle mit der Elektrode 20 über den metallenen Gasverteiler 13, obgleich zur vereinfachten Darstellung der Kathodenleiter 70 als an die Plasmagasleitung 12 angeschlos­sen dargestellt ist. Ein vom Werkstück kommender Leiter 71 ist an die positive Klemme der elektrischen Energiequelle angeschlossen. In den Kathodenleiter 70 ist ein Hauptenergie­schalter 73 zum Ein- und Ausschalten der Hauptenergiequelle und ein Hochfrequenztransformator 74 eingebaut, der das Zün­den des Pilotlichtbogens unterstützt. Ein Zündlichtbogen­kontaktdraht 75 ist elektrisch isoliert im Brennerkörper 10 eingebettet und elektrisch leitend am zylindrischen Basisteil 34 der Düsenhülse 31 befestigt. Ein Zündlichtbogenleiter 76 verbindet den Zündlichtbogenkontaktdraht 75 über einen 3-Ohm-­Widerstand 78 und einen Zündlichtbogenschalter 79 mit der positiven Erdung. Ein Kondensator 80 ist zwischen der Elektro­de 20 und dem Hochfrequenztransformator 74 zu dem Kathoden­leiter 70 und dem Zündlichtbogenleiter 76 parallelgeschaltet, und ein 80 V-Überlastprüfkreis 82 ist zwischen dem Zündlicht­bogenleiter 76 und dem Erdungs- oder Werkstückleiter 71 par­allelgeschaltet.As shown in Fig. 1, a 250-350 V DC power source is connected to the torch A and the workpiece W. A cathode conductor 70 connects the negative pole of the direct current source to the electrode 20 via the metal gas distributor 13, although for the sake of simplicity the cathode conductor 70 is shown as connected to the plasma gas line 12. A conductor 71 coming from the workpiece is connected to the positive terminal of the electrical energy source. A main energy switch 73 for switching the main energy source on and off and a high-frequency transformer 74 which supports the ignition of the pilot arc are installed in the cathode conductor 70. An ignition arcing contact wire 75 is embedded in the burner body 10 in an electrically insulated manner and fastened in an electrically conductive manner to the cylindrical base part 34 of the nozzle sleeve 31. An ignition arc conductor 76 connects the ignition arc contact wire 75 to the positive ground via a 3-ohm resistor 78 and an ignition arc switch 79. A capacitor 80 is connected in parallel between the electrode 20 and the high frequency transformer 74 to the cathode conductor 70 and the ignition arc conductor 76, and an 80 V overload test circuit 82 is connected in parallel between the ignition arc conductor 76 and the grounding or workpiece conductor 71.

Soweit beschrieben, ist die Brennerschaltung ein wenig kon­ventionell. Ein nicht näher dargestellter Schalter am Brenner A wird betätigt, um den Zündlichtbogenschalter 79 und den Hauptenergieschalter 30 zu schalten.("Schalten" wird hier im funktionellen Sinne gebraucht. In Wirklichkeit sind die "Schalter" 73 und 79 Kontakte, die von dem Schalter oder Trigger am Brennerhandgriff geöffnet oder geschlossen wer­den.) Wenn der Schweißer die Schalter 79 und 73 nacheinander betätigen will, könnte der Trigger alternativ auch zweimal betätigt werden; zuerst, um den Zündlichtbogenschalter 79 zu betätigen, und danach, um den Hauptenergieschalter 73 zu betätigen. Wenn beide Schalter geschlossen sind, wird das Potential von annähernd 300 V eines offenen Stromkreises an die Elektrode 20 angelegt und im Funkenüberschlagsraum 57 wird ein Zündlichtbogen erzeugt, der schnell zu dem Zünd­lichtbogenraum 59 wandert. Der Kondensator 80 ist gegenüber dem Hochfrequenztransformator 74 so bemessen, daß er sich rasch lädt und entlädt, um den Zündlichtbogen aufrecht­zuerhalten. Die Spannung, die an dem Zündlichtbogenleiter 76 abgegriffen wird, wenn ein Zündlichtbogen gebildet wird, beträgt ungefähr 66 V. Wenn sich der Plasmalichtbogenschweiß­brenner A in seiner Zündlichtbogen- oder Anfangsphase befin­det, wird das Gas, welches die Düsenöffnung 54 verläßt, von dem Zündlichtbogen ionisiert und erhitzt und entwickelt ein Plasma. Der Plasmalichtbogenbrenner A wird dann von dem Schweißer auf das Werkstück W abgesenkt. Sobald die schalen­förmige Düsenspitze 32 das Werkstück W erreicht, springt der Zündlichtbogen von der Düsenspitze 32 auf das Werkstück W über, das infolge des Widerstandes 78 eine niedrigere Impe­danz hat als die Düsenspitze 32. Wenn der Pilotlichtbogen von der napfförmigen Düsenspitze 32 auf das Werkstück W übergeht, bildet sich ein Plasmalichtbogen.So far, the burner circuitry is somewhat conventional. A switch, not shown, on the burner A is actuated in order to switch the ignition arc switch 79 and the main energy switch 30. ("Switching" is used here in a functional sense. In reality, these are "Switches" 73 and 79 contacts that are opened or closed by the switch or trigger on the torch handle.) If the welder wants to operate switches 79 and 73 one after the other, the trigger could alternatively be operated twice; first to operate the pilot arc switch 79 and then to operate the main power switch 73. When both switches are closed, the potential of approximately 300 V of an open circuit is applied to the electrode 20 and an ignition arc is generated in the flashover space 57, which quickly migrates to the ignition arc space 59. The capacitor 80 is sized relative to the high frequency transformer 74 so that it charges and discharges rapidly to maintain the pilot arc. The voltage tapped at the pilot arc conductor 76 when a pilot arc is formed is approximately 66 V. When the plasma arc welding torch A is in its pilot arc or initial phase, the gas exiting the nozzle opening 54 is ionized by the pilot arc and heats and develops a plasma. The plasma arc torch A is then lowered onto the workpiece W by the welder. As soon as the cup-shaped nozzle tip 32 reaches the workpiece W, the pilot arc jumps from the nozzle tip 32 to the workpiece W, which has a lower impedance than the nozzle tip 32 as a result of the resistance 78. When the pilot arc passes from the cup-shaped nozzle tip 32 to the workpiece W. , a plasma arc is formed.

Wie erwähnt, ist die Zündlichtbogenspannung, die in dem Zünd­lichtbogenleiter während des normalen Bestehens des Zündlicht­bogens abgegriffen wird, aus den nachstehend näher erläuterten Gründen immer kleiner als die Plasmalichtbogenspannung und beträgt für den hier dargestellten besonderen Brenner annähernd 66 V. Wenn aus irgendeinem Grunde zwischen Elektrode und Düse ein Kurzschluß auftritt, wird das volle Potential von 250 - 350 V des offenen Stromkreises an den Düsenkörper 30 angelegt, das am Zündlichtbogenleiter 76 festgestellt werden kann. Infolge­dessen ist ein Überlastprüfkreis oder Fehlerdetektorkreis 82 vorgesehen, der so ausgestaltet ist, daß er bei etwa 80 V schaltet, um eine Störung der Überlastfeststellung zu ver­meiden, die in der momentanen Bildung eines Doppellichtbogens oder eines Schaltstoßes ihre Ursache hat. Wenn er betätigt wird, schaltet der Überlastprüfkreis 32 die Hauptenergie­quelle ab.As mentioned, the pilot arc voltage which is tapped in the pilot arc conductor during the normal existence of the pilot arc is always lower than the plasma arc voltage for the reasons explained in more detail below and is approximately 66 V for the particular torch shown here, if for any reason between the electrode and Nozzle short circuit occurs, the full potential of 250 - 350 V of the open circuit is applied to the nozzle body 30, which can be determined on the ignition arc conductor 76. As a result, an overload test circuit or fault detector circuit 82 is provided which is designed to switch at about 80 V in order to avoid a disturbance in the overload detection which is caused by the current formation of a double arc or a switching surge. When operated, the overload test circuit 32 turns off the main power source.

Zwei übliche Steuerkreise, die als Überlastprüf- und Abschalt­kreise 82 verwendet werden können, sind in den Fig. 10 und 11 dargestellt. Der in Fig. 10 dargestellte Überlastabtastkreis verwendet einen Integrator 84, der die Größe einer Spannungs­änderung über einen bestimmten Zeitraum, beispielsweise über eine halbe Sekunde, berechnet. Die integrierte Funktion dv/dt (oder alternativ di/dt) wird dann mit einem Grenzwert in einem Komparatorkreis 85 verglichen, und wenn der Grenzwert des Komparators 85 überschritten wird, schaltet ein geeigne­ter Abschaltkreis 87 die Hauptenergiequelle ab. Beispiele für verschiedene Integrations- und Komparatorkreise, die dt/dt (oder di/dt) messen und die Energiequelle abschalten, nachdem sie mit vorherbestimmten maximalen Grenzwerten ver­glichen wurden, sind in dem US-Patent 4 717 807 der Anmelde­rin beschrieben, auf das Bezug genommen wird.Two common control circuits that can be used as overload test and shutdown circuits 82 are shown in FIGS. 10 and 11. The overload sensing circuit shown in Fig. 10 uses an integrator 84 which calculates the magnitude of a voltage change over a period of time, for example over half a second. The integrated function dv / dt (or alternatively di / dt) is then compared to a limit value in a comparator circuit 85, and if the limit value of the comparator 85 is exceeded, a suitable switch-off circuit 87 switches off the main energy source. Examples of various integration and comparator circuits that measure dt / dt (or di / dt) and turn off the power source after being compared to predetermined maximum limits are described in applicant's U.S. Patent 4,717,807, which is incorporated by reference becomes.

Dieser Abschaltkreis wird wirksam, weil die Spannungsänderung beim Erfühlen eines Kurzschlusses schneller vor sich geht als beim Erzeugen des Zündlichtbogens.This shutdown circuit becomes effective because the voltage change is faster when a short circuit is sensed than when the ignition arc is generated.

Ein einfacherer Überlastdetektorkreis ist in Fig. 11 darge­stellt, bei dem ein Kondensator 88 durch einen Widerstand 89 aufgeladen wird, der zwischen dem Erdungs- oder Werkstück­leiter 71 und dem Zündlichtbogenleiter 76 eingeschaltet ist. Wenn ein Kurzschluß erfühlt wird, wird eine größere Spannung an den Kondensator angelegt und der Kondensator entladen. Bei dem Entladungsvorgang betätigt der Kondensator 88 einen Schalt­kreis 90.A simpler overload detector circuit is shown in FIG. 11, in which a capacitor 88 is charged by a resistor 89 which is connected between the ground or workpiece conductor 71 and the ignition arc conductor 76. If a short circuit is sensed, there will be a greater voltage applied to the capacitor and discharged the capacitor. During the discharge process, the capacitor 88 actuates a circuit 90.

Der allgemeine Schaltkreis für das Plasmalichtbogensteuersystem ist in Fig. 12 dargestellt und weist eine thyristor- oder silikongesteuerte Gleichrichterbrücke 92 auf, die an den Sekundärteil eines nicht näher dargestellten Transformators einer nicht dargestellten, Dreiphasen-Wechselstromquelle an­geschlossen ist. Der gleichgerichtete Ausgang der silikon­gesteuerten Gleichrichterbrücke 92 wird durch eine Neben­schlußleitung (shunt) 93 und dann durch den Hochfrequenz­transformator 74 zu der Elektrode 20 geleitet. Parallel zu der silikongesteuerten Gleichrichterbrücke 92 liegt ein Sta­bilisatorkreis 95, der einen Kondensator 96 aufweist, der von einer Diode 97 geladen und von einem Widerstand 98 ent­laden wird, welcher zu der Diode 97 parallelgeschaltet ist. Die Tore der silikongesteuerten Gleichrichterbrücke 92 werden von einem konventionellen Schalt- oder Triggerkreis 100 ge­steuert, der die Tore der silikongesteuerten Gleichrichter in der Brücke 92 öffnet oder vorwärts oder rückwärts in Phase bringt, um den Energieinhalt der elektrischen Impulse (und demgemäß den Strom) in üblicher Weise zu verändern. Die Zeit, während der die Tore von dem Schaltkreis 100 offen­gehalten oder in Phase zurückgebracht werden, wird durch einen Verzögerungskreis (phase back circuit) 101 gesteuert. Der Verzögerungskreis 101 wiederum wird durch den Zünd- oder Anfangslichtbogen oder von dem in der Nebenschluß­leitung 93 abgefühlten Strom- oder Spannungsdifferential betätigt.The general circuit for the plasma arc control system is shown in FIG. 12 and has a thyristor- or silicone-controlled rectifier bridge 92 which is connected to the secondary part of a transformer, not shown, of a three-phase AC source, not shown. The rectified output of the silicon controlled rectifier bridge 92 is passed through a shunt line 93 and then through the high frequency transformer 74 to the electrode 20. Parallel to the silicon-controlled rectifier bridge 92 is a stabilizer circuit 95, which has a capacitor 96 which is charged by a diode 97 and discharged by a resistor 98 which is connected in parallel to the diode 97. The gates of the silicon controlled rectifier bridge 92 are controlled by a conventional switching or trigger circuit 100 which opens the gates of the silicon controlled rectifiers in the bridge 92 or phases them forward or backward in order to change the energy content of the electrical pulses (and accordingly the current) in the usual way Way to change. The time during which the gates are kept open or brought back in phase by the circuit 100 is controlled by a phase back circuit 101. The delay circuit 101 in turn is actuated by the ignition or initial arc or by the current or voltage differential sensed in the shunt line 93.

Wendet man sich nun der Fig. 13 zu, so wird in dieser graphi­schen Darstellung schematisch gezeigt, daß die Energiequelle einen pulsierenden Ausgang hat, wenn der Hauptenergieschalter 73 des offenen Spannungskreises von ca. 300 V betätigt wird. Wenn der Pilotlichtbogenschalter 79 geschlossen wird, wird ein Pilot- oder Zündlichtbogen erzeugt, der ein Potential von etwa 160 - 170 V und einen Stromabzug von etwa 22,5 A hat. Wenn der Zündlichtbogen auf das Werkstück übertragen wird und ein Plasmalichtbogen entsteht, hat der Plasmalichtbogen ein Potential von etwa 110 - 120 V und einen damit verbun­denen Stromanstieg. Wenn der Zündlichtbogen hergestellt ist, müssen die Thyristoren durch den Verzögerungskreis 101 vor­wärts in Phase gebracht werden, um annähernd ihre volle Leit­fähigkeit zu erhalten und eine Spannung zu erzeugen, die hoch genug ist, um den Lichtbogen zu zünden. Wenn der Lichtbogen als Plasmalichtbogen übertragen wird, steigt der durch den Lichtbogen fließende Strom an und die Spannung des Plasma­lichtbogens fällt auf etwa 110 - 120 V ab. Dies bedeutet, daß die Thyristoren von dem Verzögerungskreis 101 in ihrer Phase zurückgebracht werden müssen, d.h. bei dem hier be­trachteten Brenner um typischerweise 25 Grad (was jedoch vom Einstellpunkt der Maschine abhängt), unmittelbar nachdem ein Strom in demjenigen Impuls festgestellt wurde, der auf­tritt, wenn der Pilotlichtbogen auf das Werkstück W über­geht, und der höher ist als derjenige, der für den Betrieb des Zündlichtbogens erwartet wird. Wenn die Phasenrückfüh­rung nicht stattfindet, steigt der Strom im Brenner an, der Lichtbogen wird nicht eingeschnürt und beschädigt die Brennerdüsenspitze 32, wenn er durch die Öffnung 54 hin­durchgeht.13, this diagram shows schematically that the energy source has a pulsating output when the main energy switch 73 of the open voltage circuit of approximately 300 V is actuated. If When the pilot arc switch 79 is closed, a pilot or pilot arc is generated which has a potential of approximately 160-170 V and a current draw of approximately 22.5 A. If the ignition arc is transferred to the workpiece and a plasma arc is created, the plasma arc has a potential of approximately 110-120 V and a related increase in current. When the pilot arc is established, the thyristors must be brought in phase through delay circuit 101 to approximately maintain their full conductivity and generate a voltage high enough to ignite the arc. If the arc is transmitted as a plasma arc, the current flowing through the arc increases and the voltage of the plasma arc drops to approximately 110-120 V. This means that the thyristors must be brought back in phase by the delay circuit 101, ie typically 25 degrees for the burner under consideration here (but this depends on the setting point of the machine) immediately after a current has been detected in the pulse that occurs. when the pilot arc passes to the workpiece W and is higher than that expected to operate the pilot arc. If the phase feedback does not take place, the current in the torch rises, the arc is not constricted and damages the torch nozzle tip 32 when it passes through the opening 54.

Allgemein gesprochen, gibt es für den Betrag, auf den ein Lichtbogen eingeschnürt werden kann, bei jedem vorgegebenen Brenner eine Grenze, die sich im allgemeinen nach dem Luft­druck, der Luftströmung, der Größe der Düsenöffnung und der Stromstärke bestimmt. Die Stromstärke ist die einzige Ver­änderliche, die durch die Energiequelle gesteuert werden kann. Wenn ein Lichtbogen von einer gewissen Größe, die von einem vorgegebenen Stromwert gegeben ist, von einer zu kleinen Düsenöffnung 54 im Brenner eingeschnürt wird, geht der Strom im Lichtbogen zuerst am Rand der Düsenöffnung 54 auf das schalenförmige Düsenspitzenteil 32 und dann an der Außenseite der Düsenöffnung auf das Werkstück W über. Dieser Vorgang erodiert die Düsenöffnung solange, bis diese groß genug geworden ist, um den Lichtbogen hindurchzulassen. Gleichzeitig wird die Elektrode freigelegt und die schalen­förmige Düsenspitze 32 muß erneuert werden. Aus diesem Grunde beschleunigt der in Fig. 12 dargestellte Schaltkreis den Triggerkreis 100, wenn sich der Brenner in seiner Zündlicht­bogenschneidphase befindet, und in dem Augenblick, in dem der Zündlichtbogen in einen Plasmalichtbogen übergeht, hat der Stromanstieg, der durch die Nebenschlußleitung 93 in diesem elektrischen Impuls abgefühlt wird, die Wirkung, daß die Thyristoren sofort verzögert werden. Wenn diese Verzöge­rung eintritt, wird das Steuersystem etwas instabil und hat die Neigung zu pendeln, bis der Strom seinen einregulierten Pegel erreicht, wie dies in dem Plasmalichtbogenstromteil der Kurve in Fig. 13 dargestellt ist.Generally speaking, for any given torch, there is a limit to the amount to which an arc can be restricted, which is generally determined by air pressure, air flow, the size of the nozzle opening, and the amperage. The current is the only variable that can be controlled by the energy source. If an arc of a certain size, which is given by a predetermined current value, is constricted by an excessively small nozzle opening 54 in the torch, the current in the arc passes first to the bowl-shaped nozzle tip part 32 at the edge of the nozzle opening 54 and then to the workpiece W on the outside of the nozzle opening. This process erodes the nozzle opening until it is large enough to let the arc through. At the same time, the electrode is exposed and the bowl-shaped nozzle tip 32 must be replaced. For this reason, the circuit shown in Fig. 12 accelerates the trigger circuit 100 when the torch is in its pilot arc cutting phase, and at the moment the pilot arc changes to a plasma arc, the current rise through the shunt line 93 in this electrical has Pulse is sensed, the effect that the thyristors are delayed immediately. When this delay occurs, the control system becomes somewhat unstable and tends to oscillate until the current reaches its regulated level, as shown in the plasma arc current portion of the curve in FIG. 13.

Um das System zu stabilisieren und zu verhindern, daß der Lichtbogen ausgelöscht wird, wird der Kondensator 96 durch den Widerstand 98 für eine genügend lange Zeit (im allgemei­nen ungefähr 12 Millisekunden) entladen, um den Lichtbogen aufrechtzuerhalten. Dies tritt in einem etwas geringeren Ausmaß auch dann ein, wenn der Zündlichtbogen sich zu bil­den beginnt. Auf diese Weise führt der in Fig. 12 dar­gestellte Schaltkreis eine Beschädigung der Düsenspitze 32 auf ein Minimum zurück, stabilisiert das elektrische System sowohl zu der Zeit, in der der Zündlichtbogen sich bildet, als auch zu der Zeit, wo der Zündlichtbogen als Plasmalicht­bogen auf das Werkstück übertragen wird, während gleich­zeitig die von der Energiequelle erhältliche Energie dadurch optimiert wird, daß der Grad der Phasenverzögerung der silikongesteuerten Gleichrichter auf ein Mininum zurück­geführt wird.To stabilize the system and prevent the arc from being extinguished, capacitor 96 is discharged through resistor 98 for a sufficient time (generally about 12 milliseconds) to maintain the arc. To a lesser extent, this also occurs when the pilot arc begins to form. In this way, the circuit shown in Fig. 12 minimizes damage to the nozzle tip 32, stabilizes the electrical system both at the time the pilot arc is formed and at the time when the pilot arc is a plasma arc on that Workpiece is transferred, while at the same time the energy available from the energy source is optimized by reducing the degree of phase delay of the silicon-controlled rectifier to a minimum.

In den Fig. 1 bis 5 und 14 ist ein Federdrahtschleppkontakt 110 dargestellt, der in dem Brennerkörper 10 eingebettet ist und ein Teil der Düsenhülse ist. Mehr im einzelnen hat die Düsenhülse 31 in ihrem Kontaktringteil 35 einen Ausschnitt 111 und in ihrem zylindrischen Basisteil 34 einen Ausschnitt 112, in die ein Segmentblock 113 aus elektrisch isolierendem Kunststoffmaterial eingesetzt ist, dessen Außenfläche so geformt ist, daß sich für den Kontaktring 35 eine kontinuier­liche und glatte Außenfläche ergibt. In dem Segmentblock 113 ist eine Nute 115 angeordnet, die das umgebogene Ende 117 eines Federdrahtschleppkontaktes 110 aufnimmt.1 to 5 and 14, a spring wire trailing contact 110 is shown, which is embedded in the burner body 10 and is part of the nozzle sleeve. More specifically, the nozzle sleeve 31 has a cutout 111 in its contact ring part 35 and a cutout 112 in its cylindrical base part 34, into which a segment block 113 made of electrically insulating plastic material is inserted, the outer surface of which is shaped in such a way that there is a continuous one for the contact ring 35 and smooth outer surface results. A groove 115 is arranged in the segment block 113 and receives the bent end 117 of a spring wire trailing contact 110.

Wie am besten aus Fig. 14 hervorgeht, ist der Federdraht­kontakt 110 im Verhältnis zur Nute 115 so geformt, daß sich das umgebogene Ende 117 um einen Betrag x gegenüber der Nute 115 bewegen kann, wenn die ringförmige Kontaktfläche 50 der napfförmigen Düsenspitze 32 fest in die Düsenhülse 31 ein­geschraubt wird. Dies gewährleistet einen guten elektrischen Kontakt.As best seen in Fig. 14, the spring wire contact 110 is shaped in relation to the groove 115 such that the bent end 117 can move by an amount x relative to the groove 115 when the annular contact surface 50 of the cup-shaped nozzle tip 32 firmly into the Nozzle sleeve 31 is screwed in. This ensures good electrical contact.

An den Durchgangsleiterfederdrahtkontakt 110 ist ein Kontinui­tätsleiter 120 angeschlossen, der zu einem Durchgangsprüfkreis 121 in Fig. 1 führt und eine Durchgangsprüfspannung Vcc von etwa 15 V und eine Stromstärke von 50 - 100 mA aufweist. Wenn die napfförmige Düsenspitze 32 richtig in Stellung gebracht ist, fließt ein Strom durch den Kontinuitäts- oder Prüfleiter 120, den Kontinuitätsfederdrahtkontakt 110, durch die napf­förmige Düsenspitze 32, die Düsenhülse 31, den Zündlichtbogen­kontaktdraht 75 und von dort durch den Zündlichtbogenleiter 76. Infolgedessen kann in den Schaltkreis ein Durchgangsprüf­kreis 120 eingebaut werden, um den Durchgang zu prüfen oder die Spannungsdifferenz zwischen dem Zündlichtbogenleiter 76 und dem Kontinuitätsleiter 120 zu messen. Sollte dort ein Spannungsdifferential auftreten oder sollte ein minimaler elektrischer Stromfluß nicht festgestellt werden, kann die Energiequelle abgeschaltet werden.A continuity conductor 120 is connected to the continuity spring wire contact 110, which leads to a continuity test circuit 121 in FIG. 1 and has a continuity test voltage V cc of approximately 15 V and a current of 50-100 mA. When the cup-shaped nozzle tip 32 is properly positioned, a current flows through the continuity or test conductor 120, the continuity spring wire contact 110, through the cup-shaped nozzle tip 32, the nozzle sleeve 31, the pilot arc contact wire 75 and from there through the pilot arc conductor 76. As a result, in A continuity test circuit 120 may be installed in the circuit to test continuity or to measure the voltage difference between the pilot arc conductor 76 and the continuity conductor 120. If a voltage differential occurs there or if a minimal electrical current flow is not found, the energy source can be switched off.

In den Fig. 1 und 6 bis 9 ist ein Kabel 130 dargestellt, das mit seinem einen Ende in nicht näher dargestellter Weise am Brennerkörper und dessen anderes Ende in ebenfalls nicht dar­gestellter Weise an der Energiequelle befestigt ist. In das Kabel ist eine Gasleitung 12 zum Zuführen des Schutz/Kühl/­Schneid-Plasmagases und ein Hauptleiter 132 eingebettet, der seinerseits von einem Schutzmantel 133 umgeben ist und den Lichtbogenstrom zuführt. Ferner ist in dem Kabel eine Samm­lung von Steuerleitungen 132 eingebettet, die in ähnlicher Weise mit Schutzüberzügen 135 versehen sind und für ver­schiedene Zwecke, beispielsweise zum Schalten der Kontakte, zum Zuführen des Stromes zu dem Kontinuitätsdrahtfederkontakt 110 usw. dienen. Jeder der vorerwähnten Leiter ist in einer biegsamen, isolierenden Kunststoffüberzugsmasse 137 eingebet­tet, an der eine Metallfolie oder eine metallene Abschirmung 138 befestigt ist, welche sich über die gesamte Länge des Kabels 130 erstreckt und mindestens den Hauptleiter 132 vollständig umgibt. An der Abschirmung 138 ist eine Erdungs­leitung 140 befestigt, die aus einem blanken Draht besteht, der auf der gesamten Länge des Kabels mitläuft und an dem Zündlichtbogenkontaktdraht 75 im Brennerkörper 10 am Brenner­körper 10 angeschlossen ist. Auf seiner Außenseite wird die Abschirmung 138 von einem biegsamen, isolierenden Kunststoff­mantel 41 umgeben, der aus einem biegsamen, thermoplastischen Material besteht, das durch ein Elektronenstrahlverfahren "vernetzt" ist, um es abriebfest und zäh werden zu lassen.1 and 6 to 9, a cable 130 is shown, which is fastened with one end to the burner body in a manner not shown and the other end to the energy source in a manner also not shown. A gas line 12 for supplying the protective / cooling / cutting plasma gas and a main conductor 132 are embedded in the cable, which in turn is surrounded by a protective jacket 133 and supplies the arc current. Also embedded in the cable is a collection of control lines 132, which are similarly provided with protective coatings 135 and are used for various purposes, for example for switching the contacts, for supplying current to the continuity wire spring contact 110, etc. Each of the aforementioned conductors is embedded in a flexible, insulating plastic coating compound 137, to which a metal foil or a metal shield 138 is attached, which extends over the entire length of the cable 130 and completely surrounds at least the main conductor 132. A grounding line 140 is attached to the shield 138, which consists of a bare wire that runs along the entire length of the cable and is connected to the ignition arcing contact wire 75 in the burner body 10 on the burner body 10. On its outside, the shield 138 is surrounded by a flexible, insulating plastic jacket 41, which consists of a flexible, thermoplastic material which is "cross-linked" by an electron beam process in order to make it abrasion-resistant and tough.

Wenn das Kabel 130 von irgendeinem elektrisch leitenden Gegenstand, wie er beispielsweise in Fig. 6 mit 150 bezeich­net ist, durchschlagen oder durchschnitten wird und dieser Gegenstand, nachdem er die Abschirmung 138 durchdrungen hat, den Überzug 133 durchschneidet und mit dem Hauptleiter 132 einen Kontakt herstellt, wird zwischen der Erdungsleitung 140 und dem Hauptleiter 132 ein Kurzschluß festgestellt und der so entdeckte Kurzschluß wird von dem Prüfkreis dem Zünd­ lichtbogenkontaktdraht 75 und von dort dem Zündlichtbogen­leiter 46 und dem Überlastprüfkreis 82 zugeführt. Dieser registriert die Spannung eines offenen Stromkreises von an­nähernd 300 V und schaltet die Energiequelle in gleicher Weise ab, wie dies der Prüfkreis getan haben würde, wenn ein Kurzschluß am Düsenkörper 30 festgestellt worden wäre. Die Durchschlagerkennung oder der Sensorkreis nach der Er­findung ist immer wirksam, gleichgültig ob der Zündlicht­bogenschalter 79 offen oder geschlossen ist.If the cable 130 is pierced or cut by any electrically conductive object, such as designated 150 in FIG. 6, and that object, after penetrating the shield 138, cuts through the coating 133 and makes contact with the main conductor 132 , a short circuit is detected between the ground line 140 and the main conductor 132 and the short circuit thus discovered is ignited by the test circuit arcing contact wire 75 and from there to the ignition arc conductor 46 and the overload test circuit 82. This registers the voltage of an open circuit of approximately 300 V and switches off the energy source in the same way as the test circuit would have done if a short circuit had been detected on the nozzle body 30. The breakdown detection or the sensor circuit according to the invention is always effective, regardless of whether the ignition arc switch 79 is open or closed.

Damit wurden verschiedene Merkmale beschrieben, die bei einer Plasmalichtbogenschweißvorrichtung verwendbar sind und voneinander abhängen und aufeinander Bezug nehmen. So wird beispielsweise ein Überlastungsdetektorkreis, der in der Lage ist, Kurzschlüsse zwischen Brennerdüse und Elektrode festzustellen und die Energiequelle abzuschalten, dazu be­nutzt, ein Durchschlagen oder einen Bruch des Brennerkabels festzustellen. In ähnlicher Weise wird ein elektrischer Ver­riegelungskreis in Verbindung mit einem Überlastprüfkreis dazu verwendet, einen sicheren Brenner dadurch zu schaffen, daß das Abtasten, ob die Düse sich in Stellung befindet, mit einem Abtasten einer Düsenspannung verbunden wird, um unter allen Betriebsbedingungen einen gefahrlosen Brenner zu gewährleisten. Schließlich wird ein silikongesteuerter Gleichrichterschaltkreis dazu verwendet, den Ausgang außer Betrieb zu setzen, wenn der Lichtbogen übertragen wurde, so daß die Düse an ihrer Düsenöffnung nicht abgetragen wird und die Elektrode freilegt.Various features have thus been described which can be used in a plasma arc welding device and which are dependent on one another and relate to one another. For example, an overload detector circuit that is able to detect short circuits between the torch nozzle and the electrode and switch off the energy source is used to detect a breakdown or a break in the torch cable. Similarly, an electrical interlock circuit in conjunction with an overload test circuit is used to provide a safe burner by combining sensing whether the nozzle is in position with sensing a nozzle voltage to provide a safe burner under all operating conditions guarantee. Finally, a silicon controlled rectifier circuit is used to disable the output when the arc is transferred so that the nozzle at its nozzle opening is not eroded and the electrode is exposed.

Es ist offensichtlich, daß viele Abwandlungen bei den offen­barten Strom- und Schaltkreisen vorgenommen werden können, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Alle diese Abwandlungen und Änderungen liegen im Rahmen der vorliegen­den Erfindung.It is apparent that many modifications can be made to the disclosed circuits and circuits without departing from the spirit of the invention. All of these modifications and changes are within the scope of the present invention.

Das Wesentliche der Erfindung besteht daher darin, eine sichere Plasmalichtbogenbrennschneidvorrichtung zu schaf­fen, bei der die Dauerhaftigkeit und Zuverlässigkeit des Plasmalichtbogenbrenners verbessert ist.The essence of the invention is therefore to provide a safe plasma arc cutting device in which the durability and reliability of the plasma arc torch is improved.

Claims (18)

1. Plasma-Lichtbogen-Schweißvorrichtung, gekenn­zeichnet durch
eine elektrische Energiequelle;
einen Brennerkörper (10) mit einer Elektrode (20) und einem Düsenkörper (30), der die Elektrode (20) in einem festen Abstand von dieser umgibt;
einen Überlastprüfkreis (82) zum Erfassen eines Kurz­schlusses zwischen dem Düsenkörper (30) und der Elek­trode (20) und die in Abhängigkeit von einem solchen Kurzschluß die Stromquelle abschaltet;
ein an den Brennerkörper (10) angeschlossenes Kabel (130) mit einem elektrischen Hauptleiter (132) im Inneren des Kabels (130), der mit seinem einen Ende an die Elektrode (20) und mit seinem anderen Ende an die Energiequelle angeschlossen ist und
Abtastmittel (138, 140) im Inneren des Kabels (130), die ein Durchschlagen des Kabels (130) erfassen, das ausreicht, einen Kontakt mit dem Hauptleiter (132) herzustellen und die auf einen solchen Kon­takt hin den Überlastprüfkreis betätigen, um die Energiequelle abzuschalten.
1. Plasma arc welding device, characterized by
an electrical energy source;
a torch body (10) with an electrode (20) and a nozzle body (30) which surrounds the electrode (20) at a fixed distance therefrom;
an overload test circuit (82) for detecting a short circuit between the nozzle body (30) and the electrode (20) and which switches off the current source as a function of such a short circuit;
a cable (130) connected to the burner body (10) and having an electrical main conductor (132) inside the cable (130) which is connected at one end to the electrode (20) and at the other end to the energy source, and
Scanning means (138, 140) inside the cable (130) which detect a breakdown of the cable (130) which is sufficient to make contact with the main conductor (132) and which, upon such a contact, actuate the overload test circuit to identify the energy source switch off.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Abtastmittel eine durchgehen­de, elektrisch leitende Abschirmung (138) aufweisen, die in dem Kabel (130) eingebettet ist und den Hauptleiter (132) umgibt und sich über die gesamte Länge des Kabels (130) erstreckt und daß die Abtastmittel eine Erdungslei­ tung (140) aufweisen, die in elektrischem Kontakt mit der Abschirmung (138) und dem Düsenkörper (30) steht, wobei die Abtastmittel (138, 140) betätigt werden, wenn irgendein elektrisch leitender Gegenstand (150) die Ab­schirmung (138) durchschlägt und den Hauptleiter (132) berührt und hierdurch einen Kurzschluß zwischen der Elek­trode (20) und der Düse (10) bewirkt.2. Device according to claim 1, characterized in that the scanning means have a continuous, electrically conductive shield (138) which is embedded in the cable (130) and surrounds the main conductor (132) and extends over the entire length of the cable (130 ) extends and that the scanning means a grounding line device (140) which is in electrical contact with the shield (138) and the nozzle body (30), the scanning means (138, 140) being actuated when any electrically conductive object (150) breaks through the shield (138) and touches the main conductor (132) and thereby causes a short circuit between the electrode (20) and the nozzle (10). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerkörper (10) einen Zündlichtbogen-Kontaktdraht (75) aufweist, der sich in elektrischem Kontakt mit dem Düsenkörper (30) und der Erdungsleitung (140) befindet und daß ein Zündlichtbogenschalter (79) und ein Zundlichtbogen­leiter (76) vorgesehen sind, die an den Überlastprüf­kreis (82) und den Pilotlichtbogen-Kontaktdraht (75) angeschlossen sind und daß zwischen der Elektrode (20) und der Hauptenergiequelle ein Hauptenergieschalter (73) angeordnet ist, wobei der Überlastprüfkreis (82) betä­tigt wird, wenn der Pilotlichtbogenschalter (79) und der Hauptstromschalter (73) aktiviert sind, um zwischen dem Düsenkörper (30) und der Elektrode (20) einen Zünd­lichtbogen zu erzeugen und wenn eine vorher bestimmte Spannung, gemessen relativ zu dem Zündlichtbogenleiter (76) überschritten wird.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the burner body (10) has an ignition arc contact wire (75) which is in electrical contact with the nozzle body (30) and the ground line (140) and in that an ignition arc switch ( 79) and an ignition arc conductor (76) are provided, which are connected to the overload test circuit (82) and the pilot arc contact wire (75) and that a main energy switch (73) is arranged between the electrode (20) and the main energy source, the overload test circuit (82) is actuated when the pilot arc switch (79) and the main current switch (73) are activated to generate an ignition arc between the nozzle body (30) and the electrode (20) and when a predetermined voltage, measured relative to the ignition arc conductor (76) is exceeded. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­durch gekennzeichnet, daß der Überlastprüfkreis (82) die Stromquelle abschaltet, wenn der Zündlichtbogenschalter (79) offen ist und die Ab­tastmittel (138, 140) aktiviert sind.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the overload test circuit (82) switches off the current source when the ignition arc switch (79) is open and the scanning means (138, 140) are activated. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­durch gekennzeichnet, daß die Elektrode (20) eine Kathode ist, daß das Werkstück (W) das Erdpotential darstellt, daß die Energiequelle eine Gleichstromspannung in der Größe von etwa 250 bis 350 Volt an die Elektrode (20) liefert, daß der Zündlichtbogenschalter (79) an das Erdpotential an­geschlossen ist und daß der vorherbestimmte Wert die Spannung ist, die zwischen dem Zündlichtbogenschalter (76) gegenüber dem Erdpotential abgegriffen wird.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the electrode (20) is a cathode, that the workpiece (W) the ground potential represents that the power source provides a DC voltage in the range of about 250 to 350 volts to the electrode (20), that the pilot switch (79) is connected to ground, and that the predetermined value is the voltage that exists between the pilot switch (76) compared to the earth potential. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­durch gekennzeichnet, daß der vorherbestimmte Spannungswert nicht kleiner ist als etwa 66 Volt und nicht größer als etwa 250 Volt.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the predetermined voltage value is not less than about 66 volts and not greater than about 250 volts. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­durch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (30) eine im Brennerkörper (10) veranker­te Düsenhülse (31) und eine schalenförmige Düsen­spitze (32) aufweist, die zu dem Düsenkörper (30) fest zusammengeschraubt werden können und daß die Erdungsleitung (140) über einen Zündlichtbogen-Kon­taktdraht (75) an die Düsenhülse (31) angeschlossen ist und daß in dem Brennerkörper (10) eine Kontinui­tätsleitung (12) angeordnet ist, an die eine elektri­sche Spannungsquelle für einen Kontinuitätskreis (Vcc) angeschlossen ist und daß die napfförmige Düsen­spitze (132), wenn sie richtig an der Düsenhülse (31) befestigt ist, einen Stromdurchgang von dem Kontinui­tätsleiter (120) zu der Erdungsleitung (140) ermög­licht und daß der Kontinuitäts- oder Durchgangsprüf­kreis (121) den Durchgang zwischen dem Kontinuitäts­leiter (120) und dem Zündlichtbogen-Kontaktdraht (75) mißt derart, daß bei einem Fehlen eines Durchflus­ses zwischen diesem Kontinuitätsleiter (120) und dem Zündleitungs-Kontaktdraht (75) die Hauptstromquelle abgeschaltet wird.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the nozzle body (30) in the burner body (10) anchored nozzle sleeve (31) and a bowl-shaped nozzle tip (32) which are screwed together to form the nozzle body (30) and that the ground line (140) is connected to the nozzle sleeve (31) via an ignition arc contact wire (75) and that in the burner body (10) a continuity line (12) is arranged to which an electrical voltage source for a continuity circuit (V cc ) is connected and that the cup-shaped nozzle tip (132), when properly attached to the nozzle sleeve (31), allows current to pass from the continuity conductor (120) to the ground line (140) and that the continuity or continuity test circuit (121) measures the passage between the continuity conductor (120) and the pilot arc contact wire (75) such that in the absence of a flow between this continuity conductor (120) and the ignition line contact wire (75) the main power source is switched off. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­durch gekennzeichnet, daß die Düsenhülse (31) einen ringförmigen Kontaktring (35) aufweist, der aus dem Brennerkörper (10) mit einer mit einem Innengewinde versehenen zentralen Öffnung (38) vorsteht und eine im wesentlichen flache Stirnfläche (37) aufweist und daß sich von der gegenüberliegenden Seite des Ringteiles (35) ein zylindrischer Basisteil (34) erstreckt, der in dem Brennerkörper (10) verankert ist und daß der Ringteil (35) einen elektrisch isolier­ten Abschnitt (113) mit einer Nute (115) aufweist und daß der Kontinuitätsleiter (120) die Form eines Konti­nuitäts-Kontaktfederdrahtes (110) hat, der in der Nute (115) liegt und über die Stirnflache (37) des Basis­teiles (34) vorsteht, wenn die Düseneinrichtung (A) sich in einer nicht-zusammengebauten Lage befindet und daß der schalenförmige Düsenspitzenteil (32) eine ringförmige Kontaktgrundfläche (50) und einen vorste­henden, mit Gewinde versehenen Buchsenteil (51) auf­weist, der über die Kontaktfläche (50) vorsteht und mit der mit Innengewinde versehenen zentralen Öffnung (38) der Düsenhülse (31) verschraubt werden kann, wobei sich die Kontaktgrundfläche (50) gegen die fla­che Stirnfläche (37) legt und den Kontinuitäts-Kon­taktfederdraht (117) in der Nute (15) verschiebt, wenn die schalenförmige Düsenspitze (32) richtig an dem Düsenkörper (30) befestigt ist und hierdurch den Stromdurchgang ermöglicht, der von dem Kontinuitäts­prüfkreis(121) gemessen wird.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the nozzle sleeve (31) has an annular contact ring (35) which projects from the burner body (10) with an internally threaded central opening (38) and one in has a substantially flat end face (37) and that a cylindrical base part (34) extends from the opposite side of the ring part (35) and is anchored in the burner body (10) and that the ring part (35) has an electrically insulated section (113) having a groove (115) and that the continuity conductor (120) has the shape of a continuity contact spring wire (110) which lies in the groove (115) and protrudes over the end face (37) of the base part (34) when the nozzle device (A) is in an unassembled position and that the cup-shaped nozzle tip part (32) has an annular contact base (50) and a protruding threaded socket part ( 51), which protrudes beyond the contact surface (50) and can be screwed to the internally threaded central opening (38) of the nozzle sleeve (31), the contact base surface (50) laying against the flat end surface (37) and the continuity - Contact spring wire (117) in the groove (15) moves when the cup-shaped nozzle tip (32) is properly attached to the nozzle body (30) and thereby allows the continuity of current, which is measured by the continuity test circuit (121). 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­durch gekennzeichnet, daß in dem Brennerkörper (10) eine Gasleitung (12) und ein Gasverteilerblock (13) angeordnet ist, der an seinem einen Ende mit dem Auslaß der Gasleitung (12) in Ver­ bindung steht und innerhalb des zylindrischen Basis­teiles (34) der Düsenhülse (31) angeordnet ist und daß zwischen dem Gasverteiler (13) und dem Ringteil (35) der Düsenhülse (31) ein ringförmiger Isolier­sitzring (45) angeordnet ist, der den Gasverteiler (13) von der Düsenhülse (31) elektrisch isoliert und daß der Gasverteiler (13) eine Stirnfläche (17) auf­weist, in der sich eine mit Gewinde versehene Öffnung (15) befindet, die dem Ringteil (35) benachbart ist und daß die Elektrode (20) einen zylindrischen Kör­perteil (23) aufweist, dessen eines Ende abgerundet ist und der an seinem anderen Ende eine ringförmige Schulter (26) und ein über diese Schulter hinausra­gendes, mit Außengewinde versehenes Ende (27) auf­weist, das mit der mit Innengewinde versehenen Öff­nung (16) des Gasverteilers (13) verschraubt ist und daß der napfförmige Düsenspitzenteil (32) auf seiner Innenseite so gestaltet ist, daß er nahe mit dem zy­lindrichen Körperteil (23) der Elektrode (20) über­einstimmt und zusammen mit diesem einen Elektroden­funkenraum bildet, der graduell bis zu einem maxi­malen Funkenabstand an der Stelle anwächst, die im wesentlichen dem abgerundeten Ende (24) des zylindri­schen Körperteiles (23) der Elektrode (20) benach­bart ist und in ihrer Mitte eine Düsenöffnung (54) aufweist und daß der Isoliersitzring (45) Gaskanäle (46) aufweist, die mit dem Elektrodenfunkenraum in Verbindung stehen und daß der Gasverteilerblock (13) Gasdurchgangsöffnungen (18) aufweist, die einerseits mit der Gasleitung (12) und andererseits mit einem Raum (48) in Verbindung stehen, der zwischen dem Gasverteilerblock (13) und dem zylindrischen Basis­teil (34) der Düsenhülse (31) gebildet wird, wobei ein ionisierbares Gas durch die Öffnung injiziert wird.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the burner body (10) a gas line (12) and a gas distribution block (13) is arranged, which at one end with the outlet of the gas line (12) in Ver is standing and is arranged within the cylindrical base part (34) of the nozzle sleeve (31) and that between the gas distributor (13) and the ring part (35) of the nozzle sleeve (31) an annular insulating seat ring (45) is arranged, which the gas distributor (13 ) electrically insulated from the nozzle sleeve (31) and that the gas distributor (13) has an end face (17) in which there is a threaded opening (15) which is adjacent to the ring part (35) and that the electrode (20 ) has a cylindrical body part (23), one end of which is rounded and which has an annular shoulder (26) at its other end and an externally threaded end (27) which projects beyond this shoulder and which has the internally threaded opening ( 16) of the gas distributor (13) is screwed and that the cup-shaped nozzle tip part (32) is designed on its inside so that it closely matches the cylindrical body part (23) of the electrode (20) is correct and together with this forms an electrode spark space which gradually grows to a maximum spark gap at the point which is essentially adjacent to the rounded end (24) of the cylindrical body part (23) of the electrode (20) and in the middle of which a nozzle opening ( 54) and that the insulating seat ring (45) has gas channels (46) which are in communication with the electrode spark space and that the gas distributor block (13) has gas passage openings (18) which on the one hand connect to the gas line (12) and on the other hand to a space ( 48), which is formed between the gas distributor block (13) and the cylindrical base part (34) of the nozzle sleeve (31), an ionizable gas being injected through the opening. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­durch gekennzeichnet, daß ein Gaskühlbecher (60) vorgesehen ist, der einen Teil des napfförmigen Düsenspitzenteiles (32) umgibt und mit Dichtmitteln (62) gegenüber dem Brennerkörper (10) abgedichtet ist und daß der Ringteil (35) der Düsenhülse (31) mindestens einen Gasdurchlaß (44) aufweist, der mit einem Raum (63) zwischen dem Kühl­becher (60) und der napfförmigen Düsenspitze (32) in Verbindung steht, wobei ein Teil des die Gaslei­tung (44) verlassenden Gases gegen die napfförmige Düsenspitze (32) gerichtet wird, um das Gas in die Schneidzone des Werkstückes (W) zu fokussieren und geschmolzenes Metall abzutragen, wobei gleichzeitig die napfförmige Düsenspitze (32) gekühlt wird.10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that a gas cooling cup (60) is provided which surrounds part of the cup-shaped nozzle tip part (32) and is sealed with sealing means (62) against the burner body (10) and that Ring part (35) of the nozzle sleeve (31) has at least one gas passage (44) which communicates with a space (63) between the cooling cup (60) and the cup-shaped nozzle tip (32), a part of the gas line (44) leaving gas is directed against the cup-shaped nozzle tip (32) to focus the gas in the cutting zone of the workpiece (W) and to remove molten metal, while cooling the cup-shaped nozzle tip (32). 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ge­kennzeichnet durch
Gleichrichtelemente zum Erzeugen einer Reihe von elektrischen Gleichstromimpulsen, die der Elektrode zugeführt werden;
Schaltmittel zum Erzeugen eines Zündlichtbogens zwischen der Düse und der Elektrode beim Zünden des Brennersystems, welcher Lichtbogen während des normalen Betriebes der Plasma-Lichtbogen-­Schweißvorrichtung als ein Plasma-Lichtbogen auf das Werkstück übertragen wird;
Schaltmittel zum Verändern des Phasenwinkels der Impulse von einem ersten Wert, bei dem der Zündlichtbogen gebildet wird, zu einem zweiten Wert bei dem sich der Plasma-Lichtbogen bildet;
Sensormittel zum Feststellen des Stromes in je­dem elektrischen Impuls während der Bildung ei­nes Zündlichtbogens und in Abhängigkeit von ei­nem Impuls, der einen vorherbestimmten Strom­wert überschreitet in demjenigen Moment, in dem der Zündlichtbogen in den Plasma-Lichtbogen über­geht, um die Schaltmittel zum Reduzieren des Phasenwinkels der Zündlichtbogen-Impulse zu be­tätigen.
11. The device according to one of claims 1 to 10, characterized by
Rectifying elements for generating a series of DC electrical pulses which are supplied to the electrode;
Switching means for generating an ignition arc between the nozzle and the electrode when the torch system is ignited, which arc is transferred to the workpiece as a plasma arc during normal operation of the plasma arc welding device;
Switching means for changing the phase angle of the pulses from a first value at which the pilot arc is formed to a second value at which the plasma arc is formed;
Sensor means for detecting the current in each electrical pulse during the formation of a pilot arc and in response to a pulse which exceeds a predetermined current value at the moment when the pilot arc changes into the plasma arc, by the switching means for reducing the phase angle of the pilot arcs - Activate impulses.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­durch gekennzeichnet, daß die Triggervorrichtung zum Variieren des Phasenwinkels die Gleichrichtung der elektrischen Impulse in der Plasma-Lichtbogenphase um etwa 25°Grad variiert.12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the trigger device for varying the phase angle varies the rectification of the electrical pulses in the plasma arc phase by about 25 ° degrees. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ge­kennzeichnet durch Stabilisiermit­tel zum Aufrechterhalten des Plasma-Lichtbogens, wenn das Sensormittel die Trägervorrichtung betätigt, um den Phasenwinkel der Zündlichtbogen-Impulse zu redu­zieren.13. The device according to one of claims 1 to 12, characterized by stabilizing means for maintaining the plasma arc when the sensor means actuates the carrier device to reduce the phase angle of the pilot arc pulses. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da­durch gekennzeichnet, daß das Stabilisiermittel einen Kondensator aufweist, der zu seiner Ladung mit einer Diode in Reihe geschaltet ist, der ein Widerstand zum Entladen des Kondensators parallel geschaltet ist, wobei der Kondensator eine genügende Größe hat, um einen Strom zu liefern, der ausreicht, den Zündlichtbogen für 12 Millisekunden aufrechtzuerhalten.14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the stabilizing means comprises a capacitor which is connected in series to its charge with a diode, a resistor for discharging the capacitor is connected in parallel, the capacitor being of a sufficient size has to supply a current sufficient to maintain the pilot arc for 12 milliseconds. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­durch gekennzeichnet, daß das Gleichrichtmittel, welches die elektrischen Impulse erzeugt, eine Dreiphasen-Wechselstromquelle, einen mit jeder dieser Phasen verbundenen Transformator und einen Gleichrichter-Brückenkreis aufweist, der gesteuerte Gleichrichter besitzt, wobei der Eingang des Gleichrichtkreises mit dem Sekundärkreis des Trans­formators verbunden ist und der Ausgang des Gleich­richtkreises eine unmittelbare Arbeitsspannung zwi­schen der Elektrode und dem Werkstück bereitstellt und daß die Triggervorrichtung eine Vorrichtung zum Steuern des Gleichrichtgrades des Gleichrichterkrei­ses in Abhängigkeit von der betätigung der Schalt­mittel aufweist.15. The device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the Rectifier means which generates the electrical pulses, a three-phase AC source, a transformer connected to each of these phases and a rectifier bridge circuit having controlled rectifiers, the input of the rectifier circuit being connected to the secondary circuit of the transformer and the output of the rectifier circuit one provides immediate working voltage between the electrode and the workpiece and that the trigger device has a device for controlling the degree of rectification of the rectifier circuit as a function of the actuation of the switching means. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, da­durch gekennzeichnet, daß das Kabel (130) einen im wesentlichen zylindrischen Aus­senmantel (141) aus einem biegsamen, isolierenden Kunststoffmaterial aufweist, daß die Abschirmung (138) von einer Metallfolie gebildet wird, die in diesen Außenmantel (141) eingebettet ist, daß die Erdungs­leitung (140) aus einem nackten Draht besteht, der sich über die gesamte Länge des Kabels (130) erstreckt und sich mit der Folie in Kontakt befindet und daß der Hauptleiter (132) in einem isolierenden Kunst­stoffmantel (133) angeordnet ist, so daß zunächst der Außenmantel (141) und dann der Isoliermantel (133) von einem elektrisch leitenden Gegenstand (150) durch­stoßen werden muß, der sich zwischen diesen Teilen erstreckt, bevor das Sensormittel betätigt wird.16. The device according to one of claims 1 to 15, characterized in that the cable (130) has a substantially cylindrical outer jacket (141) made of a flexible, insulating plastic material, that the shield (138) is formed by a metal foil which in is embedded in this outer sheath (141) that the grounding line (140) consists of a bare wire which extends over the entire length of the cable (130) and is in contact with the film and that the main conductor (132) is in an insulating Plastic jacket (133) is arranged so that first the outer jacket (141) and then the insulating jacket (133) must be pierced by an electrically conductive object (150) which extends between these parts before the sensor means is actuated. 17. Plasma-Lichtbogen-Schweißvorrichtung zum Durchführen verschiedener Bearbeitungen an einem metallenen Werk­stück, gekennzeichnet durch:
eine elektrische Energiequelle;
eine Gasversorgungsquelle zum Herstellen eines Plasmas;
einen Brennerkörper (10) mit einer Elektrode (20) die an die Hauptenergiequelle angeschlossen ist und eine Düseneinrichtung (30), welche die Elektrode (20) umgibt;
einen Überlastungsdetektorkreis (82) zum Erfassen eines Kurzschlusses zwischen der Düseneinrichtung (30) und der Elektrode (20) und zum Abschalten der Energiequelle in Abhängigkeit von einem sol­chen Kurzschluß;
einen Pilotlichtbogen-Kontaktdraht (75), der sich in elektrischem Kontakt mit der Düseneinrich­tung (30) befindet, einen Pilotlichtbogenschalter (79), einen Pilotlichtbogenleiter (76), der an den Überlastungsdetektorkreis (82) und den Pilot­lichtbogenschalter (79) angeschlossen ist, einen Hauptstromschalter (73) zwischen der Elektrode (20) und der Energiequelle, wobei der Überlastungs­detektorkreis (82) betätigt wird, wenn der Pilot­lichtbogenschalter (79) und der Hauptenergieschal­ter (73) betätigt sind, um zwischen der Düsenein­richtung (30) und der Elektrode (20) einen Pilot­lichtbogen herzustellen und hierbei eine vorher­bestimmte Spannung relativ zu dem Pilotlichtbogen­leiter (76) überschritten wird; wobei die Düsen­einrichtung(30)eine im wesentlichen zylindrische Dusenhülse (31) im Brennerkörper (10) und eine napfförmige Dusenspitze (32) aufweist, die zu einem Düsenkörper (30) fest miteinander verschraubt werden können und als Pilotlichtbogenkontakt dienen;
einen Kontinuitätsleiter (120) in dem Brenner­körper (10), eine Kontinuitatsstromquelle (Vcc) für einen Kontinuitätsprüfkreis (121), der an den Kontinuitätsleiter (120) angeschlossen ist. wobei die napfförmige Düsenspitze (32), wenn sie richtig zu dem Düsenkörper (30) zusammenge­baut ist und eine elektrische Verbindung von dem Kontinuitätsleiter (120) zu einem Erdungs­leiter (140) herstellt, und der Kontinuitäts­kreis (121) den Stromdurchgang zwischen dem Kon­tinuitätsleiter (120) und dem Pilotlichtbogen­kontakt (25) messen, so daß beim Fehlen eines Durchganges zwischen der Düsenspitze (32) und dem Erdungsleiter die Hauptenergiequelle abge­schaltet wird, wodurch der Brenner zu jeder Zeit sicher ist.
17. Plasma arc welding device for performing various machining operations on a metal workpiece, characterized by:
an electrical energy source;
a gas supply source for producing a plasma;
a torch body (10) having an electrode (20) connected to the main energy source and a nozzle device (30) surrounding the electrode (20);
an overload detector circuit (82) for detecting a short circuit between the nozzle device (30) and the electrode (20) and for switching off the energy source in response to such a short circuit;
a pilot arc contact wire (75) in electrical contact with the nozzle means (30), a pilot arc switch (79), a pilot arc conductor (76) connected to the overload detector circuit (82) and the pilot arc switch (79) Main power switch (73) between the electrode (20) and the power source, wherein the overload detector circuit (82) is actuated when the pilot arc switch (79) and the main power switch (73) are actuated to switch between the nozzle device (30) and the electrode (20 ) produce a pilot arc and in this case a predetermined voltage relative to the pilot arc conductor (76) is exceeded; wherein the nozzle device (30) has an essentially cylindrical nozzle sleeve (31) in the burner body (10) and a cup-shaped nozzle tip (32) which is screwed together to form a nozzle body (30) can be and serve as a pilot arcing contact;
a continuity conductor (120) in the burner body (10), a continuity current source (V cc ) for a continuity test circuit (121) which is connected to the continuity conductor (120). the cup-shaped nozzle tip (32), when properly assembled into the nozzle body (30) and making electrical connection from the continuity conductor (120) to an earth conductor (140), and the continuity circuit (121) the current passage between the continuity conductor (120 ) and the pilot arcing contact (25) so that in the absence of a continuity between the nozzle tip (32) and the grounding conductor the main energy source is switched off, making the burner safe at all times.
18. Plasma-Lichtbogen-Schweißvorrichtung zum Ausführen verschiedener Bearbeitungsvorgänge an einem metalle­nen Werkstück gekennzeichnet durch:
eine elektrische Energiequelle;
eine Gasquelle zum Zuführen eines Gases für die Erzeugung eines Plasmas;
einen Brennerkörper (10), der eine an die Haupt­energiequelle angeschlossene Elektrode (20) und eine Düseneinrichtung (30) aufweist, welche die Elektrode (20) umgibt;
einen Überlastprüfkreis (82) zum Feststellen eines Kurzschlusses zwischen der Düseneinrichtung (30) und der Elektrode (20) und zum Abschalten der elektrischen Energiequelle beim Auftreten eines solchen Kurzschlusses;
Gleichrichtmittel zum Erzeugen einer Reihe von elektrischen Gleichstromimpulsen, die der Elek­trode (20) zugeführt werden;
Schaltmittel zum Einleiten eines Zündlichtbogens zwischen der Düseneinrichtung (30) und der Elektro­de (20) beim Ingangsetzen der Schweißvorrichtung, welcher Lichtbogen während des normalen Betriebes der Plasma-Lichtbogen-Schweißvorrichtung als ein Plasma-Lichtbogen auf das Werkstück (W) über­tragen wird;
eine Trägereinrichtung zum Variieren des Phasen­winkels und der Stromstärke der Impulse von einem ersten Wert, der auftritt, wenn der Zündlichtbo­gen erzeugt wird, bis zu einem zweiten Wert, der auftritt, wenn der Plasma-Lichtbogen entsteht;
ein Sensormittel zum Erfassen der Stromstärke in jedem elektrischen Impuls während der Bildung eines Zündlichtbogens und dann, wenn ein Impuls eine vorherbestimmte Stromstärke übersteigt, in demjenigen Moment, in dem der Zündlichtbogen auf den Plasma-Lichtbogen übergeht, um die Träger­vorrichtung zu betätigen und den Phasenwinkel der Zündlichtbogenimpulse zu reduzieren.
18. Plasma arc welding device for performing various machining operations on a metal workpiece, characterized by:
an electrical energy source;
a gas source for supplying a gas for generating a plasma;
a torch body (10) having an electrode (20) connected to the main energy source and a nozzle device (30) surrounding the electrode (20);
an overload test circuit (82) for detecting a short circuit between the nozzle device (30) and the electrode (20) and for switching off the electrical energy source when such a short circuit occurs;
Rectifying means for generating a series of DC electrical pulses applied to the electrode (20);
Switching means for initiating an ignition arc between the nozzle device (30) and the electrode (20) when the welding device is started, which arc is transferred to the workpiece (W) as a plasma arc during the normal operation of the plasma arc welding device;
carrier means for varying the phase angle and the amperage of the pulses from a first value that occurs when the pilot arc is generated to a second value that occurs when the plasma arc occurs;
sensor means for sensing the amperage in each electrical pulse during the formation of a pilot arc and when a pulse exceeds a predetermined amperage at the instant the pilot arc passes to the plasma arc to actuate the carrier and the phase angle of the Reduce pilot arc pulses.
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