JP2010503534A - 水蒸気プラズマバーナーと水蒸気プラズマバーナーにおける摩耗検出及びプロセス制御の方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、液体（９）用の供給ライン（８）と、加熱装置（２２）と、液体（９）から気体（２０）を形成するエバポレータ（２３）と、移動自在に支持されたピストンロッド（２５）に着脱自在に連結されたカソード（２４）と、気体（２０）の流出口（２７）を有するノズル（２６）とを備えて、加工物（２１）を切削する水蒸気プラズマバーナー（７）に関すると共に、このような水蒸気プラズマバーナー（７）における摩耗検出とプロセス制御の方法に関する。摩耗部品の検出を備えた水蒸気プラズマバーナー（７）を製作するためには、制御装置（４）に接続されている少なくとも１個の温度センサー（２８）が、ピストンロッド（２５）内に配置されることにより、カソード（２４）とノズル（２６）の摩耗についての結論を、検出した電流値から下すことができると共に、水蒸気プラズマ切削工程の制御が影響され得る。

Description

本発明は、液体用の供給ラインと、加熱装置と、液体から気体を形成するエバポレータと、移動自在に支持されたピストンロッドに着脱自在に連結されたカソードと、気体の流出口を有するノズルとを備えて、加工物を切削する水蒸気プラズマバーナーに関する。
本発明は、更に、水蒸気プラズマバーナーにおいてピストンロッドに着脱自在に連結されたカソードにおいて温度が変化する時、ピストンロッド内の温度も変化するように、切削工程の間及び後にカソードの摩耗を検出する方法に関する。

更に、本発明は、水蒸気プラズマバーナーにおいて流出口を有するノズルとしてアノードを設計して、供給ラインによって供給される液体を、加熱装置とエバポレータで蒸発させることによって形成される気体が、流出口から流出し、流出口の拡大によってノズルが摩耗する結果、液体の流量が増加するように、アノードの摩耗を検出する方法に関する。
同様に、本発明は、液体が、供給ラインを介してバーナーに供給されると共に、制御された加熱装置とエバポレータによって気体に蒸発させられるように、水蒸気プラズマバーナーによって行われる切削工程を制御する方法に関する。

従来技術、特に、欧州特許出願公開第１５２２３７１号から、例えば、温度や電圧を検出する複数のセンサーをプラズマバーナーに配置することが公知である。ここで、個々のセンサーはプラズマバーナー内のプロセッサに接続され、プラズマバーナーは、次に、データラインを介して電源内のプロセッサに接続されている。よって、切削工程は、センサーによって供給される測定値に基づいて制御され得る。ここでは、不都合なことに、プラズマバーナーに組込まれる各センサーにより、又、プロセッサと、プロセッサに接続される電子部品の統合により、プラズマバーナーのサイズが増大する。これは、プラズマバーナーの操作を少なくとも部分的に困難にする。同様に、高感度電子部品をプラズマバーナーに使用することにより、干渉の危険が高まる。更に、欧州特許出願公開第１５２２３７１号には、摩耗検出の技術的解決が全く記載されていない。

更に、従来技術から、水蒸気切削装置のバーナーにおいて、液体を蒸発させるエバポレータの温度を制御することが公知である。ここで、不都合なことに、エバポレータの温度を制御する時、カソードに導入された熱が考慮されないため、アークを介してカソードに導入された熱が、エバポレータの温度制御に予測負荷な影響を及ぼす。その結果、バーナーは、場合によっては過熱及び破壊される。

欧州特許出願公開第１５２２３７１号

本発明の目的は、特に、カソードとアノードの自動的摩耗検出、並びに、プロセス制御、特に、液状作動媒体の蒸発の制御の改善が実行可能である水蒸気プラズマバーナーを提供することである。
本発明の別の目的は、水蒸気プラズマバーナーにおける摩耗検出方法、並びに、水蒸気プラズマバーナーにおけるプロセス制御方法を提供することである。

本発明の第１の目的は、少なくとも１個の温度センサーが、ピストンロッド内に配置され、カソードとノズルの摩耗についての結論を、検出した電流値から下すことができると共に、水蒸気プラズマ切削工程の制御が影響され得るように、少なくとも１個の温度センサーが、制御装置に接続されていることによって達成される。ピストンロッド内に配置された少なくとも１個の温度センサーによって検出された温度に基づいて、制御装置は、温度変化を評価することができ、又、その温度変化に基づいて、水蒸気プラズマバーナーのカソードの摩耗についての結論を下すことができる。

もし供給ライン内の液体の流量を測定する流量センサーが更に設けられると、流量の変化から、ノズルの摩耗についての結論を下すことができる。更に、加熱装置の加熱出力を検出することができ、ノズルの流量に適合する加熱出力から、バーナーのノズルの摩耗についての結論を下すことができる。

ここで重要なことは、水蒸気プラズマバーナーの機能が、少なくとも１個の温度センサーによって損なわれないことである。温度センサーを組込むことにより、水蒸気プラズマバーナーの全体サイズが増大せず、よってその取扱いが悪影響を受けない。摩耗検出により、摩耗部品、即ち、カソードとノズルの状態が制御装置に大略恒久的に連絡されるから、摩耗部品は、完全に摩滅するまで使用することができる。勿論、ここで、切削工程の一定品質が保証される。摩耗が、水蒸気プラズマバーナーのオペレータに適当に表示されるので、摩耗した部品の交換が早目に見分けられる。その結果、例えば、過熱による水蒸気プラズマバーナーの破壊の危険が、大略最小化されるので、バーナーの寿命が大幅に延びる。初期の摩耗検出により、好都合に、切削工程の安定性又は品質が損なわれない。

ピストンロッドの温度検出により、水蒸気プラズマバーナーの熱平衡が、大幅に良好に且つ迅速に制御されるので、液状作動媒体が、最小必要加熱出力で完全に蒸発させられる。よって、水蒸気プラズマバーナーの過熱が大略排除されるので、バーナーの寿命が相当に延びる。従って、バーナーの温度が、本発明の温度センサーによって監視されるので、所定の温度限界値に到達した時、切削工程が制御装置によって中断され得る。

請求項２乃至５の特徴は、ピストンロッドの温度の正確な検出を保証する。

請求項６乃至９の措置により、好都合に、ピストンロッドの機能、特に、その移動が制限されない。

請求項１０によれば、好都合に、水蒸気プラズマバーナーの熱平衡が正確に制御され得る。

請求項１１の措置は、切削工程用の安定したアークを好都合に保証する。

請求項１２の措置により、好都合に、摩耗部品を交換すべき時点がオペレータに視覚的に表示される。

本発明の目的は、又、ピストンロッド内の温度が、ピストンロッド内に配置された少なくとも１個の温度センサーによって検出され、温度変化が、温度センサーに接続された制御装置によって評価されて、前記温度変化が、カソードの摩耗の尺度として援用されるようにした、水蒸気プラズマバーナーのカソードの摩耗を検出する上記方法によって達成される。ここで、好都合に、バーナーの必要予熱時間を、周囲条件に正確に適合させ、よって、できるだけ短く維持することができる。カソードの温度センサーが、温度変化についての情報を早い時点に得ることができるので、バーナーの動的挙動が明らかに改善され得る。

本発明の目的は、又、ピストンロッド内の温度が、ピストンロッド内に配置された少なくとも１個の温度センサーによって検出され、温度変化が、温度センサーに接続された制御装置によって評価されて、前記温度変化が、カソードの摩耗の尺度として援用されるようにした、カソードの摩耗を検出する上記方法によって達成される。

本発明の目的は、又、液体の流量が、供給ラインにおいて測定されると共に、流量の変化が、ノズルの摩耗の尺度として援用されるようにした、水蒸気プラズマバーナーのノズルの摩耗を検出する上記方法によって達成される。

同様に、加熱装置の出力が検出され得ると共に、液体の流量に依存する加熱出力が、ノズルの摩耗の評価に援用され得る。

本発明の目的は、又、水蒸気プラズマバーナーのピストンロッド内の温度が、ピストンロッド内に配置された少なくとも１個の温度センサーによって検出され、供給ラインで供給される液体の完全な蒸発が確保されるように、加熱装置が、ピストンロッド内の温度に依存して制御されるようにした、水蒸気プラズマバーナーによって実行される切削工程を制御する上記方法によって達成される。

請求項１１の特徴により、加熱装置が、正しくスイッチオンされたバーナーにおいてだけ制御されるので、バーナーの分解状態で、致命的な電圧は、カソードとノズルの間又はカソードと加工物の間に印加されない。

請求項の他の利点は、明細書から読取ることができる。

水蒸気切削装置の例示形態を示す。 一実施形態の水蒸気プラズマバーナーの断面図である。 ピストンロッド内に本発明の温度センサーを含む水蒸気プラズマバーナーの断面図である。 溶接工程の完了後の温度変化からカソードの摩耗を検出するように、ピストンロッドにおける温度の時間的進行の例を示す。

最初に指摘すべきは、例示実施形態の同様の部品は、同様の参照番号で指定されることである。図１は、水蒸気切削工程用の基本装置２を有する水蒸気切削装置１を示す。基本装置２は、電源３と、制御装置４と、制御装置４に割当てられたブロッキング装置５とを備える。水蒸気プラズマバーナー７が、タンク６内に存在する液状媒体又は液体９を供給されるように、ブロッキング装置５は、供給ライン８を介してタンク６と水蒸気プラズマバーナー７に接続されている。水蒸気プラズマバーナー７への電気エネルギーの供給は、電源３に接続された電線１０と１１により行われる。

水蒸気プラズマバーナー７を冷却するために、水蒸気プラズマバーナー７は、冷却回路１２で液体タンク１４に接続され、必要な場合は、流量調整装置１３が水蒸気プラズマバーナー７と液体タンク１４の間に設けられる。バーナー７又は水蒸気切削装置１の運転開始時に、冷却回路１２が制御装置４によって始動させられることにより、バーナー７が冷却回路１２により冷却される。冷却回路１２を形成するために、バーナー７が、冷却ライン１５と１６によって液体タンク１４に接続される。

更に、水蒸気切削装置１は、水蒸気切削装置１の最も異なるパラメータ又は運転モードを設定及び表示できる入力及び／又は表示装置１７を含む。入力及び／又は表示装置１７によって設定されたパラメータは、制御装置４に転送され、制御装置４は、水蒸気切削装置１の個々の部品を適当に作動させる。

更に、水蒸気プラズマバーナー７は、少なくとも１個の操作部品１８、特に、押しボタン１９を含む。操作部品１８、特に、押しボタン１９により、オペレータは、押しボタン１９を活性化又は非活性化することにより、バーナー７の制御装置４に、水蒸気切削工程を開始又は実行すべきであることを伝達することができる。更に、入力及び／又は表示装置１７において、例えば、プリセッティングを、特に、切削すべき材料と使用される液体に関して行うと共に、例えば、電流と電圧の特性曲線を予め決定することができる。勿論、水蒸気切削装置１の１個以上の操作パラメータを設定する別の操作部品を、バーナー７に設けることができる。この目的のために、これらの操作部品は、ライン又はバスシステムを介して水蒸気切削装置１、特に、制御装置４に直接接続することができる。

押しボタン１９の作動後に、制御装置４は、水蒸気切削工程に必要な個々の部品を活性化する。例えば、ポンプ（不図示）、ブロッキング装置５と電源３が最初に作動させられることにより、供給ライン８を介したバーナー７への液体９の供給と、電気エネルギーの供給とが開始される。次に、制御装置４は、バーナー７の冷却を可能にするように、冷却回路１２を活性化する。勿論、バーナー７内で、液体９は、最初に、切削工程に必要な温度に加熱されるので、バーナー７への液体９の供給は、バーナー７の冷却を保証することができる。よって、流量調整装置１３、液体タンク１４と冷却ライン１５及び１６を含む冷却回路１２を、消去することができる。バーナー７への液体９と電気エネルギーの供給により、バーナー７内で、適当な高温を有する液体９は、気体２０、特に、プラズマに変換される。バーナー７から流出する気体２０により、加工物２１への切削工程を実行することができる。ここで、少なくとも、好ましくは適当な加熱素子からなる加熱装置２２と、好ましくはバーナー７に組込まれるエバポレータ２３とによって、液体９が気体２０に変換される。

図２に詳細に示すバーナー７による加工物２１への切削工程には、アーク３３が更に必要である。アーク３３は、制御装置４によって又は押しボタン１９を作動することによって点火され、カソード２４と、ノズル２６で形成されるアノードとの間で燃焼する。カソード２４は、ピストンロッド２５に連結され、バーナー７に組込まれていると共に、好ましくは、電源３の陰極に接続される。一方、アノードは、電源３の陽極に接続される。バーナー７が加工物に２１に接近する時、電源３の陽極がノズル２６によってスイッチオフされることにより、アーク３３は、ノズル２６の流出口２７から気体２０によって適当に外方に押出されて、カソード２４と加工物２１の間で燃焼する。この目的のために、加工物２１は電源３の陽極に接続される。アーク３３がカソード２４と加工物２１の間で燃焼する時、電流が制御装置４によって適当に増加され、最後に、加工物２１の融解、よって、その切削に使用できる高エネルギー密度のプラズマジェットが発生される。

加工物２１が水蒸気プラズマバーナー７によって切断される時、いくつかの部品、特に、カソード２４とノズル２６は、非常に高い温度と非常に高い電流を受けて、大きな摩耗を生じる。切削工程の品質は、摩耗部品の摩耗度に強く依存する。よって、バーナー７に組込まれた摩耗検出は、品質管理に好都合である。

本発明によれば、摩耗検出は、ピストンロッド２５に組込まれた少なくとも１個の温度センサー２８によって行われる。温度センサー２８は、検出した温度を好ましくは制御装置４に伝達し、制御装置４は、温度変化を参照して、摩耗部品の摩耗についての結論を下すことができる。このような摩耗検出は、又、バーナー７を熱的過負荷から防止する。

図３には、本発明の温度センサー２８をピストンロッド２５内に含むバーナー７が図示される。ピストンロッド２５と、よって、カソード２４は、バーナー７内で移動自在に支持される。この理由から、温度センサー２８が、ピストンロッド２５と、ピストンロッド２５に連結されたカソード２４の移動を制限しないように、温度センサー２８が、大略円筒形のピストンロッド２５内に配置される必要がある。従って、温度センサー２８は、棒状であることが好ましい。好ましくは、温度センサー２８は、半導体抵抗、例えば、ＰＴ１００のように正温度係数（ＰＴＣ）抵抗で形成される。同様に、負温度係数（ＮＴＣ）の抵抗、いわゆるＮＴＣ抵抗を選択することも可能である。勿論、温度センサー２８を熱電対で形成することもできる。

温度センサー２８をピストンロッド２５内に収容するために、ピストンロッド２５は、温度センサー２８の形状に対応する凹所２９又は孔を有する。ピストンロッド２５の移動のために必要な部材（例えば、ばね）の必要スペースが制限されないように、凹所２９は、ピストンロッド２５の周縁領域に配置される。更に、凹所２９は、ピストンロッド２５の長手軸心に平行に、且つ、大略カソード２４まで延在することが好ましい。好ましくは、温度センサー２８は、凹所２９内に、クランプ又は圧入、必要な場合は、接着される。

温度センサー２８が、検出した温度を制御装置４に伝送することができるように、温度センサー２８は、電気接続部３０を有する。電気接続部３０は、ピストンロッド２５の装着領域でカソード２４と反対側に位置する通路３１を介して外方に案内されると共に、制御装置４に接続され得る。勿論、通路３１は、移動自在に支持されたピストンロッド２５を妨害するものであっては決してならない。

本発明によれば、カソード２４とノズル２６の摩耗は、このように構成された温度センサー２８だけによって検出され得る。

カソード２４の摩耗検出は、以下のように実行され得る。
切削工程中、切削工程に必要なアークは、カソード２４と加工物２１の間で燃焼する。好ましくは、アーク３３は、カソード２４の接触面の中心に形成され、好ましくは、この位置で、例えば、ハフニウムからなるピン又はボルト３２が、カソード２４に圧入される。ハフニウム又は例えば、ジルコニウム等の電子放出特性により、アーク３３がボルト３２に直接印加される。これにより、切削工程のための安定したアーク３３が保証される。バーナー７又は水蒸気切削装置１を連続運転する時、ボルト３２の摩耗が増大すると共に、より深い溶込みがボルト３２に生じて、より多くの電力又は熱がカソード２４に導入される。カソード２４は、例えば、ねじ接続によってピストンロッド２５と熱的に連結されているので、対応する温度上昇がピストンロッド２５内に生じる。例えば、約１６０℃から約１８０℃までの温度上昇は、温度センサー２８と制御装置４によって検出される。カソード２４の摩耗を温度上昇から結論付けることができるように、温度上昇に対応する基準データ又は基準値が、制御装置４に格納される。温度センサー２８によって検出される温度は、温度センサー２８の位置に少なくとも部分的に依存するので、例えば、２個以上の温度センサー２８をピストンロッド２５内に配置してもよい。制御装置４は、全ての検出された温度値から、例えば、平均値を生成して、カソード２４の摩耗について正確な結論を下すことができる。

制御装置４内の基準データは、例えば、設定された電流強さに依存して温度上昇が調整される時間間隔についての情報を含む。もし温度上昇が、相対的短時間に迅速に生じるならば、これは、カソード４の大きな摩耗と同等である。これは、例えば、６０分の切削時間で７−１０℃の温度上昇の場合である。

同様に、温度閾値を基準値として制御装置４に格納することができる。温度閾値を超過時に、バーナー７を保護するために、切削工程が中断されると共に、バーナー７が液体９によって冷却される。よって、制御装置４は、切削工程の品質を危険にさらさないと共に、バーナー７を過熱から防止するために、適当な措置を取る。例えば、切削工程のための電流が低減され、対応する摩耗表示が、バーナー７の入力及び／又は表示装置１７に行われて、入力及び／又は表示装置１７が、オペレータにカソード２４の必要な交換を表示するか、又は、切削工程が停止される。

摩耗したカソード２４を検出する別の可能性は、切削工程後のピストンロッド２５の温度上昇を評価することである。本発明によれば、これは、ピストンロッド２５内の温度センサー２８によって達成される。

切削作業中に、カソード２４の先端からピストンロッド２５の反対端まで熱勾配がある。これは、カソード２４がアーク３３によって加熱される一方、ピストンロッド２５が液体９によって冷却されることから生じる。従って、切削作業の後、カソード２４は、最早加熱されず、ピストンロッド２５は、最早冷却されないため、熱勾配が平坦化又は一様化される。よって、切削工程の後、ピストンロッド２５の温度は、カソード２４に蓄えられた熱によって上昇する。これは、温度センサー２８によって検出され、制御装置４によって評価され、ここで、温度上昇は、時間に依存して評価される。よって、本発明によれば、カソード２４の摩耗についての結論を下すことができる。

このような評価は、特に、例えば、１０秒より短い短時間切削工程の後に行われる。エバポレータ２３、カソード２４とピストンロッド２５の間の温度関係は、特定の時間後、例えば、約１０秒後に生じるので、摩耗は、上述したように、この時点から切削作業中に効率的に検出できる。図４におけるピストンロッド２５の温度３４の時間経過から、効率的な摩耗検出が時点３５からのみ実行できることが明らかである。これは、短い切削工程の場合に、水蒸気プラズマバーナー７の温度が一般的により高くなるからであり、その結果、最初の約１０秒の時間内の切削作業中の摩耗検出の基準値は、摩耗検出を実行するには低すぎる、又は、制御装置４が、過熱により切削工程を停止する。これらの高温は、水蒸気プラズマバーナー７がアイドリングやスタンバイ中に例えば、約１９０℃の温度を有することに起因する。押しボタン１９を時点３６で押して、切削工程を開始する時、ピストンロッド２５は冷却され、カソード２４はアークによって加熱される。切削工程が、時点３７において約５秒後に停止されるならば、ピストンロッド２５は、例えば、約１８０℃の温度を有し、カソード２４は、３００℃まで加熱されている。既に知られているように、カソード２４の加熱はその摩耗に依存し、カソード２４に蓄えられた熱は、スイッチオフ時にピストンロッド２５に導入される。約１２０℃の温度差により、ピストンロッド２５は、温度分布３８から明らかなように、少なくとも短時間２００℃を超えて加熱され、その後、例えば、約１９０℃のアイドリング温度が再び生じる。このような温度挙動は、いわゆる「温度オーバーシュート」として知られている。閾値３９が、この温度領域において規定され、制御装置４に格納される時、閾値３９を１回以上超える場合にのみカソード２４の摩耗を検出することができる。例えば、時点４０で示すように、閾値３９を超えたことが温度センサー２８によって測定される時、これは、カソード２４の初期段階の摩耗の尺度となる。よって、好ましくは複数の連続的な超過、即ち、短い各切削工程において１回の超過が、摩耗表示を活性化するのに必要である。

好ましくは、閾値３９の監視に加えて、温度上昇の傾き、即ち、時間に依存する温度変化が評価される。この目的のために、例えば、切削工程の停止時にタイマーが始動される。タイマーは、閾値３９を超えた時に単に摩耗検出の効果を有する。この場合、閾値３９に到達するのに要する時間が、摩耗検出時に考慮に入れられる。閾値３９を非常に迅速に超えることは、カソード２４が既に大きく摩耗していることの印として評価される一方、閾値３９を遅く超えることは、カソード２４がほんの少しだけ摩耗していることの印として評価される。対応する比較値は、制御装置４に格納してもよい。

閾値３９と比較値は、カソード２４又はピストンロッド２５の寸法、即ち、水蒸気プラズマバーナー７の出力等級に適当に適合させられる。
切削工程中の摩耗検出と短い切削工程後の摩耗検出の組合せにより、カソード２４の状態、好ましくは、摩耗表示についての情報を常にオペレータに与えることができる。

ノズル２６の摩耗検出は、次のように実行することができる。切削工程の回数の増加につれて、ノズル２６の流出口２７がますます摩耗して、流出口２７の直径が拡大する、又は、溶接パドルが流出口２７の回りに形成されることにより、流出口２７の流路長さが短縮される。これは、次に、流出口２７から流出する気体２０の量が、対応して増加することを意味する。この結果、同時に蒸発されるべき対応してより多くの液体９が、バーナー７に供給される。加熱装置２２の対応してより高い加熱出力が、より大量の液体９を蒸発させるのに必要である。本発明によれば、より詳細に以下に記載するように、加熱出力が、温度センサー２８によって検出された温度に依存して制御される。加熱出力は、ノズル２６の流出口２７の直径に直接比例する。よって、上述したように、制御装置４は、加熱出力からノズル２６の摩耗についての結論を下すと共に、適当な措置を取ることができる。

ノズル２６の摩耗を検出する別の可能性は、流量センサー（不図示）を液体９の供給ライン８に組込むことである。この流量センサーは、流量の増加からノズル２６の摩耗についての結論を下すことのできる制御装置４に、対応するデータを供給する。周知のように、ノズル２６の摩耗は、制御装置４が、摩耗についての結論を下す時に適当に考慮に入れなければならない多くの要因、例えば、加熱出力、電流強さ、ノズル直径、気体流れ等に依存する。流量が、呼称流量、即ち、流量の呼称値より約６０％高い時、ノズル２６は、摩耗したと見做されることが好ましい。これは、例えば、１５ｍｌ／ｍｉｎの場合である。

当然、流量センサーによる摩耗検出を加熱出力による摩耗検出と組合せて、ノズル２６の摩耗についてより正確な結論を下すことができる。
本発明によれば、ピストンロッド２５に組込まれた温度センサー２８は、加熱出力制御系を改善するのにも使用することができる。

先行技術から知られているように、液体９は、カソード２４又はピストンロッド２５を冷却して、それらの寿命を延ばす一方、蒸気状態の液体９は、切削工程の出力媒体として働く。最初に、液体９は、ピストンロッド２５の回りを循環し、次に、加熱装置２２に電流を供給することによって、エバポレータ２３内で蒸気状態にされる。

高品質で安定した切削工程を達成するためには、液体９が、バーナー７を過熱させることなく完全に蒸発させられることに注意を払わなければならない。ピストンロッド２５内の本発明の温度センサー２８は、加熱装置２２の加熱出力を正確に制御することができる。これは、切削工程が完全に冷却されたバーナー７で開始される時に特に重要である。何故なら、このような場合、バーナー７の過熱又はバーナー７の不十分温度の危険が特に高いからである。切削工程を行うため、エバポレータ２３は、液体９を完全に蒸発させるように、約１９０℃の温度まで加熱される。ここで、アーク３３によってカソード２４を介して加熱されるピストンロッド２５が、正常運転の場合のように、液体９を既に余熱していると仮定する。冷たいバーナー７又は冷たいピストンロッド２５で切削作業を開始する時、余熱は生じない。よって、エバポレータ２３を、大幅により高い温度まで加熱しなければならないため、バーナー７の熱負荷が増大する。

バーナー７又はエバポレータ２３が十分に加熱されないため、バーナー７の不十分な温度が支配的である危険はしばしば起こる。ここで、液体９は、冷たいピストンロッド２５により余熱されていないので、エバポレータ２３は冷た過ぎる液体９を受取る。換言すれば、エバポレータ２３は、液体９の余熱に必須である、ピストンロッド２５の温度についての情報を全く受取らないので、エバポレータ２３の温度は低すぎる。よって、エバポレータ２３の温度は、冷たい液体９を完全に蒸発させるには低すぎる。その結果、液体９は、流出口２７の領域に集まる又は流出口２７の領域から流出して、バーナー７と磨耗部品の寿命に悪影響を及ぼす。

従って、温度センサー２５によって検出されたピストンロッド２５の温度が、制御装置４に伝達されるように、特に、切削工程の開始手順に対する本発明の制御が行われる。この温度に依存して、制御装置４は、供給された液体９がピストンロッド２５の温度によってどれだけ既に予熱されたかを検出することができる。この結果、バーナー７の過熱の危険にさらされることなく、加熱装置２２に必要な加熱出力が得られる。ピストンロッド２５が高温である場合、より少ない出力が加熱装置２２に供給される。ピストンロッド２５の温度が低い時、それに応じてより高い出力が加熱装置２２に供給される。その上、切削電流を、適当に、例えば、１０Ａだけ短時間増大させることにより、より多くの熱がピストンロッド２５に導入される結果、加熱出力がより低くなり、よって、安定した連続的な切削工程が保証される。その上、液体９の流量又は圧力（例えば、１バールだけ）を短時間低減できる結果、より少ない液体９が蒸発され、よって、より少ない加熱出力が必要となる。

逆に、バーナー７又はピストンロッド２５が、安定した切削工程のために液体９を適当に加熱するために必要な温度を常に有することが、温度センサー２８によって達成される。従って、冷たいバーナー７が検出され、このことが、切削工程の開始のために重要である。

記述したように、液体９の迅速な蒸発が、安定した切削工程を保証するために必要であるので、このような制御が、切削工程の開始段階で特に重要である。本発明の制御では、安定した切削工程が、各工程段階において少なくとも１個の温度センサー２８により確保される。

よって、液体９の必要で完全な蒸発が、本発明の温度センサー２８により常に保証されて、最適品質の切削工程が実行される。水蒸気切削装置１に組込まれた電力部品（不図示）は、アーク３３を形成するのに必要な電流を供給する。安全性のために、アーク３３がバーナー７の組立て状態だけで点火できるように、いわゆる保護キャップ監視手段をバーナー７に組込むことができる。ここで、電力部品の使用が許可され、又は、それから、カソード２４とノズル２６の間で短絡が検出された時に切削工程が開始される。このような短絡検出は、高抵抗で低電圧の電圧源によって実行される。

勿論、本発明の磨耗検出とプロセス制御は、例えば、マイクロコントローラ等で実現される別個の制御部品を含んでもよい。しかし、制御は、中心的に、制御装置４によって行われることが好ましい。特にカソード２４とノズル２６の磨耗は、他の要因、例えば、加熱出力、電流の強さ、ノズル直径、気体流れ等に依存するので、制御装置４は、磨耗を検出する時にこれらの要因を考慮することができる。

ここで、較正が好都合である。特に、例えば、温度センサー２８の許容限界や基準値における補間は、なんらかの妨害を制御に及ぼす。従って、制御に対する妨害要因の影響を排除又は減少して、バーナー７の加熱出力の正確な制御を確保することのできる較正抵抗によって、温度センサー２８を較正することが好ましい。

１ 水蒸気切削装置
２ 基本装置
３ 電源
４ 制御装置
５ ブロッキング装置
６ タンク
７ 水蒸気プラズマバーナー
８ 供給ライン
９ 液体
１２ 冷却回路
２０ 気体
２１ 加工物
２２ 加熱装置
２３ エバポレータ
２４ カソード
２５ ピストンロッド
２６ ノズル
２８ 温度センサー
３３ アーク

Claims (42)

1. 液体（９）用の供給ライン（８）と、加熱装置（２２）と、液体（９）から気体（２０）を形成するエバポレータ（２３）と、移動自在に支持されたピストンロッド（２５）に着脱自在に連結されたカソード（２４）と、気体（２０）の流出口（２７）を有するノズル（２６）とを備えて、加工物（２１）を切削する水蒸気プラズマバーナー（７）において、
   少なくとも１個の温度センサー（２８）が、ピストンロッド（２５）内に配置され、
   カソード（２４）とノズル（２６）の摩耗についての結論を、検出した電流値から下すことができると共に、水蒸気プラズマ切削工程の制御が影響され得るように、少なくとも１個の温度センサー（２８）が、制御装置（４）に接続されている水蒸気プラズマバーナー（７）。
2. 温度センサー（２８）が、半導体抵抗、特に、正温度係数（ＰＴＣ）抵抗又は負温度係数（ＮＴＣ）抵抗、熱電対等で形成される請求項１に記載の水蒸気プラズマバーナー（７）。
3. 温度センサー（２８）が、ピストンロッド（２５）の長手軸心に大略平行に配置された請求項１又は２に記載の水蒸気プラズマバーナー（７）。
4. 温度センサー（２８）が、ピストンロッド（２５）の周縁領域に配置された請求項１乃至３のいずれかに記載の水蒸気プラズマバーナー（７）。
5. 温度センサー（２８）が、棒状であると共に、接続部（３０）を備える請求項１乃至４のいずれかに記載の水蒸気プラズマバーナー（７）。
6. 温度センサー（２８）用の凹所（２９）が、ピストンロッド（２５）に設けられた請求項１乃至５のいずれかに記載の水蒸気プラズマバーナー（７）。
7. 凹所（２９）が、温度センサー（２８）に対応して形成された請求項６に記載の水蒸気プラズマバーナー（７）。
8. 温度センサー（２８）が、凹所（２９）にクランプされた請求項７に記載の水蒸気プラズマバーナー（７）。
9. ピストンロッド（２５）が、温度センサー（２８）の接続部（３０）用の通路（３１）を有する請求項５乃至８のいずれかに記載の水蒸気プラズマバーナー（７）。
10. 接続部（３０）が、制御装置（４）と接続された請求項５乃至９のいずれかに記載の水蒸気プラズマバーナー（７）。
11. 好ましくはハフニウムからなるボルト（３２）が、加工物（２１）の方に向く、カソード（２４）の接触面に配置された請求項１乃至１０のいずれかに記載の水蒸気プラズマバーナー（７）。
12. 温度センサー（２８）及び／又は制御装置（４）が、摩耗部品、特に、カソード（２５）とノズル（２６）の摩耗を表示する表示装置に接続された請求項１乃至１１のいずれかに記載の水蒸気プラズマバーナー（７）。
13. 水蒸気プラズマバーナー（７）のピストンロッド（２５）に着脱自在に連結されたカソード（２４）の摩耗を切削工程中に検出する方法において、
    カソード（２４）の温度が変化する時、ピストンロッド（２５）内の温度も変化するように、アーク（３３）によって生成される熱が、カソード（２４）と熱的に連結されたピストンロッド（２５）に導入され、
    ピストンロッド（２５）内の温度が、ピストンロッド（２５）内に配置された少なくとも１個の温度センサー（２８）によって検出され、
    温度変化が、温度センサー（２８）に接続された制御装置（４）によって評価されて、前記温度変化が、カソード（２４）の摩耗の尺度として援用される方法。
14. 切削工程中の切削時間が、カソード（２４）の摩耗の評価において考慮される請求項１３に記載の方法。
15. 検出された温度値が、制御装置（４）に格納された前記温度変化用の基準値と、切削時間に依存して比較される請求項１４に記載の方法。
16. 切削工程の後、カソード（２４）に蓄えられた熱が、ピストンロッド（２５）に導入されると共に、カソード（２４）の摩耗の評価において、結果として生じた前記温度変化によって時間に依存して考慮される請求項１３乃至１５のいずれかに記載の方法。
17. 溶接工程の後に時間に依存して検出された前記温度変化が、制御装置（４）に格納された前記温度変化用の基準値と、時間に依存して比較される請求項１６に記載の方法。
18. カソード（２４）の摩耗が、表示装置に表示される請求項１３乃至１７のいずれかに記載の方法。
19. 水蒸気プラズマバーナー（７）のピストンロッド（２５）に着脱自在に連結されたカソード（２４）の摩耗を切削工程後に検出する方法において、
    カソード（２４）の温度が変化する時、ピストンロッド（２５）内の温度も変化するように、アーク（３３）によって生成されてカソード（２４）に蓄えられた熱が、カソード（２４）と熱的に連結されたピストンロッド（２５）に導入され、
    ピストンロッド（２５）内の温度が、ピストンロッド（２５）内に配置された少なくとも１個の温度センサー（２８）によって検出され、
    温度変化が、温度センサー（２８）に接続された制御装置（４）によって評価されて、前記温度変化が、カソード（２４）の摩耗の尺度として援用される方法。
20. 前記温度変化が、温度上昇によって生じて、前記温度上昇が閾値と比較される請求項１９に記載の方法。
21. 温度上昇の傾きが、制御装置によって評価される請求項１９又は２０に記載の方法。
22. 閾値を超過することが、制御装置によって検出され、所定回数、閾値を超過した後に、摩耗表示装置が活性化される請求項１９乃至２１のいずれかに記載の方法。
23. カソード（２４）の摩耗が、表示装置に表示される請求項１９乃至２２のいずれかに記載の方法。
24. 水蒸気プラズマバーナー（７）のアノードの摩耗を検出する方法において、
    アノードが、流出口（２７）を有するノズル（２６）として形成され、気体（２０）が、流出口（２７）から流出し、更に、気体（２０）は、供給ライン（８）によって供給される液体（９）を加熱装置（２２）とエバポレータ（２３）で蒸発させることによって形成され、
    ノズル（２６）が、流出口（２７）の拡大により摩耗して、液体（９）の流量を増大させ、
    液体（９）の流量が、供給ライン（８）において測定されると共に、流量の変化が、ノズル（２６）の摩耗の尺度として援用される方法。
25. 流量が、流量の限界値と比較され、該限界値が、新しいノズルの流量の好ましくは６０％上に位置し、流量が限界値に到達したした時、ノズル（２６）の交換が要求される請求項２４に記載の方法。
26. ノズル（２６）の摩耗が表示装置に表示される請求項２４又は２５に記載の方法。
27. 検出された流量が、制御装置（４）に格納された流量用の基準値と比較される請求項２４乃至２６のいずれかに記載の方法。
28. 流量の基準値が、電流の強さに依存して格納され、該電流の強さが、ノズル（２６）の摩耗の評価において考慮される請求項２７に記載の方法。
29. 水蒸気プラズマバーナー（７）のアノードの摩耗を検出する方法において、
    アノードが、流出口（２７）を有するノズル（２６）として形成され、気体（２０）が、流出口（２７）から流出し、更に、気体（２０）は、供給ライン（８）によって供給される液体（９）を加熱装置（２２）とエバポレータ（２３）で蒸発させることによって形成され、
    ノズル（２６）が、流出口（２７）の拡大により摩耗して、液体（９）の流量を増大させ、
    加熱装置（２２）の出力が検出されると共に、液体（９）の流量に依存する加熱出力が、ノズル（２６）の摩耗の評価に援用される方法。
30. 加熱出力が、加熱装置（２２）に供給される電力によって決定される請求項２９に記載の方法。
31. 加熱装置（２２）の加熱出力が、少なくとも１個の温度に依存して制御される請求項２９又は３０に記載の方法。
32. 加熱装置（２２）の加熱出力が、ピストンロッド（２５）の温度とエバポレータ（２３）の温度に依存して制御される請求項３１に記載の方法。
33. ノズル（２６）の摩耗が表示装置に表示される請求項２９乃至３２のいずれかに記載の方法。
34. 加熱装置（２２）の検出された加熱出力が、制御装置（４）に格納された加熱出力用の基準値と比較される請求項２９乃至３３のいずれかに記載の方法。
35. 加熱出力の基準値が、電流の強さに依存して格納され、該電流の強さが、ノズル（２６）の摩耗の評価において考慮される請求項２９乃至３４のいずれかに記載の方法。
36. 水蒸気プラズマバーナー（７）によって実行される切削工程を制御する方法において、
    液体（９）が、供給ライン（８）で水蒸気プラズマバーナー（７）に供給されると共に、制御される加熱装置（２２）とエバポレータ（２３）によって、気体（２０）に蒸発ささせられ、
    水蒸気プラズマバーナー（７）のピストンロッド（２５）内の温度が、ピストンロッド（２５）内に配置された少なくとも１個の温度センサー（２８）によって検出され、
    供給ライン（８）で供給される液体（９）の完全な蒸発が確保されるように、加熱装置（２２）が、ピストンロッド（２５）内の温度に依存して制御される方法。
37. 検出された温度値が、加熱装置（２２）に接続された制御装置（４）によって処理されことにより、加熱装置（２２）が制御装置（４）によって制御される請求項３６に記載の方法。
38. 加熱装置（２２）が、制御装置（４）に格納された基準値を考慮して、検出された温度値に依存して制御される請求項３６又は３７に記載の方法。
39. 加熱装置（２２）の出力が、温度値の低下時にそれに応じて高められる請求項３６乃至３８のいずれかに記載の方法。
40. 加熱装置（２２）の出力が、温度値の上昇時にそれに応じて低下させられる請求項３６乃至３９のいずれかに記載の方法。
41. 適当な信号が保護キャップ監視手段によって送られる時のみ、加熱装置（２２）が制御される請求項３６乃至４０のいずれかに記載の方法。
42. 制御工程と大略同時に、電力部品も制御装置（４）によって始動させられる請求項３６乃至４１のいずれかに記載の方法。

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