WO2010112340A1 - SCHWEIß- ODER SCHNEIDBRENNER - Google Patents

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nozzle cap
cutting torch
burner
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Kurt Nachbargauer
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Iht Automation Gmbh & Co. Kg
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K7/00—Cutting, scarfing, or desurfacing by applying flames
    • B23K7/10—Auxiliary devices, e.g. for guiding or supporting the torch
    • B23K7/102—Auxiliary devices, e.g. for guiding or supporting the torch for controlling the spacial relationship between the workpieces and the gas torch

Definitions

  • the invention relates to a welding or cutting torch for welding or cutting of electrically conductive workpieces according to the preamble of claim 1.
  • Known welding or cutting torches of this type have a device for regulating the distance between the burner tip and the workpiece, which uses a capacitive measuring method.
  • a capacitive measuring method For the burner tip these rings surrounding an exposed ring electrode attached, which is electrically connected to an evaluation unit.
  • the ring electrode forms, together with the workpiece, a capacity that depends on the mutual distance.
  • the capacitance or a characteristic characterizing the capacitance is measured at regular time intervals, and the distance between the ring electrode and the workpiece is calculated from the values obtained. From this distance can then calculate the distance of the burner tip to the workpiece. This distance measurement has been proven in practice for years.
  • the arrangement of the ring electrode which runs around the outside of the burner tip, causes some disadvantages.
  • the position of the ring electrode to the burner tip can change undesirably, for example, when the burner moves against an obstacle and the ring electrode or its holder is bent.
  • slag is often thrown up during the cutting process, which can settle on the ring electrode and change the capacitance formed by the ring electrode and the workpiece.
  • an exact determination of the distance between the burner tip and the workpiece is then no longer possible. It is therefore an object of the invention to develop a welding or cutting torch of the type mentioned in such a way that a more reliable distance control to the workpiece is possible.
  • the invention is based on the idea that the electrode is better protected against external influences in the case of an arrangement in the nozzle cap and moreover can be positioned more precisely with respect to the burner tip.
  • the nozzle cap must be made of an electrically non-conductive material.
  • it makes sense to manufacture the nozzle cap made of ceramics, since ceramics are heat-resistant and poorly adhering to the workpiece slag adhere to her.
  • the ceramic nozzle cap also forms a dielectric, which increases the capacity and simplifies the evaluation of the capacitance measurement.
  • the electrode is a ring electrode extending around the burner nozzle. This geometry makes good use of the space available inside the nozzle cap.
  • the burner nozzle advantageously protrudes with its tip from the nozzle cap.
  • the flame does not come into contact with the nozzle cap.
  • the nozzle cap is spaced from the burner nozzle so that a gap remains free between the burner nozzle and the nozzle cap. This takes into account the fact that the existing metal burner nozzle expands more when heated than the example of existing ceramic nozzle cap. If the nozzle cap were close to the burner nozzle, it could be due to their thermal expansion be blown up.
  • the leading to the burner nozzle leads are suitably enclosed by a jacket tube to which the nozzle cap is attached.
  • a jacket tube to which the nozzle cap is attached.
  • the nozzle cap extends over a substantial part of the length of the burner and is releasably secured to the jacket tube. Since the nozzle cap, in particular if it is made of ceramic, however, is much more expensive than the metal casing, it is preferred that the casing has a first pipe section and a sleeve releasably secured to the first pipe section and carrying the nozzle cap.
  • the jacket tube advantageously at its end facing the nozzle cap on a circumferential bead and the nozzle cap is provided with an elastic ring which engages behind the bead for attachment to the jacket tube.
  • the elastic ring When the elastic ring is passed over the bead, it deforms and resumes its original shape to engage behind the bead, so that the nozzle cap is firmly connected to the jacket tube.
  • a contact pin is received in the nozzle cap, which is the
  • Electrode connected with a recorded in the jacket tube contact element. A complicated wiring for connecting the electrode is then not necessary. From the contact element, cables then lead to an evaluation unit. unit, which evaluates a capacity-dependent parameter. In this case, it is preferred that the evaluation unit has an electrical oscillating circuit connected in parallel with the capacitance and a data processing unit for evaluating the resonant frequency of the resonant circuit.
  • Fig. 1 a, 1 b a section of a welding or cutting torch in the side view and in longitudinal section along the line A-A.
  • a cutting torch 10 the front portion of which is shown in the drawing, has a burner nozzle 14 arranged at the burner tip 12 for the exit of the cutting flame.
  • the burner nozzle 14 is supplied via supply lines 16 with a gas mixture, which are received in a jacket tube 18.
  • the jacket tube 18 has a first tube section 20 and a sleeve 22 detachably connected to the first tube section 20 in the direction of the burner tip 12.
  • a ring around the burner nozzle 14 circumferential ring electrode 28 is arranged.
  • the ring electrode 28 is fixedly connected to the nozzle cap 24, so that it is always located at a defined distance from the burner tip 12.
  • a contact pin 30 is accommodated in the nozzle cap 24, which pin is fixedly connected to the ring electrode 28 and conducts it electrically conductively with a sleeve 22 received in the sleeve 22. NEN contact element 32 connects.
  • the burner nozzle 14 and the nozzle cap 24 are arranged at a distance to each other, so that between them a gap 34 remains free.
  • an elastic O-ring 36 is arranged, which bears against an outer surface 38 of the burner nozzle 14 and an inner surface 40 of the nozzle cap 24 and elastically deformed at a thermal expansion of the burner nozzle 14.
  • the O-ring 36 contributes to the fact that the burner nozzle 14 is performed centrally through the opening in the nozzle cap 24, so that the position of the ring electrode 28 with respect to the burner tip 12 hardly changes even with a thermal expansion of the burner nozzle 14.
  • the nozzle cap 24 is attached to the sleeve 22.
  • the sleeve 22 has an encircling bead 42 on its inner side.
  • the nozzle cap 24 is provided on its outer side with a circumferential elastic ring, which may be an O-ring, a metal ring or a hollow metal ring or of an elastic and optionally curable composition, e.g. Made of silicone, can exist.
  • a circumferential elastic ring which may be an O-ring, a metal ring or a hollow metal ring or of an elastic and optionally curable composition, e.g. Made of silicone, can exist.
  • the invention relates to a welding or cutting torch 10 for welding or cutting electrically conductive workpieces with a burner nozzle 14 arranged at the burner tip 12 for the discharge of the flame, with a nerdüse 14 at least partially enclosing, to the burner tip 12 open nozzle cap 24 and with the workpiece a capacitance-forming electrode 28.
  • the invention provides that the nozzle cap 24 is made of an electrically non-conductive material and that the electrode 28 is received in the nozzle cap 24 ,

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schweiß- oder Schneidbrenner (10) zum Schweißen oder Schneiden von elektrisch leitfähigen Werkstücken mit einer an der Brennerspitze (12) angeordneten Brennerdüse (14) für den Austritt der Flamme, mit einer die Brennerdüse (14) wenigstens teilweise umschließenden, zur Brennerspitze (12) offenen Düsenkappe (24) und mit einer mit dem Werkstück eine Kapazität bildenden Elektrode (28). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Düsenkappe (24) aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht und dass die Elektrode (28) in der Düsenkappe (24) aufgenommen ist.

Description

Schweiß- oder Schneidbrenner
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Schweiß- oder Schneidbrenner zum Schweißen oder Schneiden von elektrisch leitfähigen Werkstücken gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bekannte Schweiß- oder Schneidbrenner dieser Art weisen eine Einrichtung zur Regelung des Abstands zwischen der Brennerspitze und dem Werkstück auf, die auf eine kapazitive Messmethode zurückgreift. So ist an der Brennerspitze diese rings umgebend eine freiliegende Ringelektrode befestigt, die mit einer Auswerteeinheit elektrisch leitend verbunden ist. Die Ringelektrode bildet zusammen mit dem Werkstück eine Kapazität, die abhängig ist von dem gegenseitigen Abstand. Zur Bestimmung des Abstands der Brennerspitze zum Werkstück wird die Kapazität bzw. eine die Kapazität charakterisierende Kenngröße in regelmäßigen zeitlichen Abständen gemessen und aus den erhaltenen Werten wird der Abstand der Ringelektrode zum Werkstück errechnet. Aus diesem Abstand lässt sich dann der Abstand der Brennerspitze zum Werkstück errechnen. Diese Abstandsmessung hat sich in der Praxis seit Jahren bewährt. Allerdings bedingt die Anordnung der Ringelektrode, die außen um die Brennerspitze verläuft, einige Nachteile. So kann sich die Position der Ringelektrode zur Brennerspitze in unerwünschter Weise ändern, wenn beispielsweise der Brenner gegen ein Hindernis fährt und die Ringelektrode oder ihre Halterung verbogen wird. Des Weiteren wird beim Schneidvorgang oft Schlacke hochgeschleudert, die sich an der Ringelektrode festsetzen und die durch die Ringelektrode und das Werkstück gebildete Kapazität verändern kann. In beiden Fällen ist eine exakte Bestimmung des Abstands zwischen der Brennerspitze und dem Werkstück dann nicht mehr möglich. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Schweiß- oder Schneidbrenner der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine zuverlässigere Abstandsregelung zum Werkstück möglich ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schweiß- oder Schneidbrenner mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass die Elektrode bei einer An- Ordnung in der Düsenkappe vor äußeren Einflüssen besser geschützt ist und zudem exakter bezüglich der Brennerspitze positioniert werden kann. Um jedoch zuverlässige Messwerte für die von der Elektrode mit dem Werkstück gebildete Kapazität zu erhalten, muss die Düsenkappe aus einem elektrisch nicht leitenden Material bestehen. Es bietet sich insbesondere an, die Dü- senkappe aus Keramik zu fertigen, da Keramik hitzebeständig ist und vom Werkstück hochspritzende Schlacke schlecht an ihr haftet. Die keramische Düsenkappe bildet zudem ein Dielektrikum, das die Kapazität vergrößert und die Auswertung der Kapazitätsmessung vereinfacht.
Zweckmäßig ist die Elektrode eine um die Brennerdüse verlaufende Ringelektrode. Durch diese Geometrie wird der innerhalb der Düsenkappe zur Verfügung stehende Platz gut ausgenutzt.
Die Brennerdüse ragt vorteilhaft mit ihrer Spitze aus der Düsenkappe. Damit kommt die Flamme nicht mit der Düsenkappe in Berührung. Es wird bevorzugt, dass die Düsenkappe im Abstand zur Brennerdüse angeordnet ist, so dass zwischen der Brennerdüse und der Düsenkappe ein Spalt frei bleibt. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass sich die aus Metall bestehende Brennerdüse bei Erwärmung stärker ausdehnt als die beispiels- weise aus Keramik bestehende Düsenkappe. Würde die Düsenkappe eng an der Brennerdüse anliegen, könnte sie durch deren Wärmeausdehnung gesprengt werden. Um die Brennerdüse und die Düsenkappe dennoch exakt zueinander positionieren zu können, ist zweckmäßig zwischen der Düsenkappe und der Brennerdüse ein an einer Außenfläche der Brennerdüse und an einer Innenfläche der Düsenkappe anliegender elastischer Ring ange- ordnet. Dieser wird bei einer Wärmeausdehnung der Brennerdüse reversibel verformt und hält die Brennerdüse in der Düsenkappe mittig in ihrer Position.
Die zur Brennerdüse führenden Zuleitungen werden zweckmäßig durch ein Mantelrohr umschlossen, an dem die Düsenkappe befestigt ist. Insbesonde- re um bei der Befestigung der Brennerdüse mit Werkzeugen angreifen zu können, kann es vorteilhaft sein, einen möglichst langen Abschnitt des Brenners von der Brennerspitze ausgehend freizulegen. Dies könnte zwar dadurch erreicht werden, dass die Düsenkappe sich über einen erheblichen Teil der Länge des Brenners erstreckt und lösbar am Mantelrohr befestigt ist. Da die Düsenkappe, insbesondere wenn sie aus Keramik gefertigt ist, jedoch wesentlich teurer ist als das Mantelrohr aus Metall, wird bevorzugt, dass das Mantelrohr einen ersten Rohrabschnitt und eine am ersten Rohrabschnitt lösbar befestigte, die Düsenkappe tragende Hülse aufweist. Um eine einfache Befestigungsmöglichkeit für die Düsenkappe zu schaffen, ist diese zweckmäßig mit Befestigungsmitteln versehen. Dabei weist das Mantelrohr vorteilhaft an seinem der Düsenkappe zugewandten Ende einen umlaufenden Wulst auf und die Düsenkappe ist mit einem elastischen Ring versehen, der zum Befestigen am Mantelrohr dessen Wulst hintergreift. Wenn der elastische Ring über den Wulst geführt wird, verformt er sich und nimmt zum Hintergreifen des Wulsts wieder seine ursprüngliche Form an, so dass die Düsenkappe fest mit dem Mantelrohr verbunden ist.
Zweckmäßig ist in der Düsenkappe ein Kontaktstift aufgenommen, der die
Elektrode mit einem im Mantelrohr aufgenommenen Kontaktelement verbin- det. Eine aufwendige Verkabelung zum Anschluss der Elektrode ist dann nicht nötig. Vom Kontaktelement führen dann Kabel zu einer Auswerteein- heit, die eine von der Kapazität abhängige Kenngröße auswertet. Dabei wird bevorzugt, dass die Auswerteeinheit einen zur Kapazität parallel geschalteten elektrischen Schwingkreis sowie eine Datenverarbeitungseinheit zur Auswertung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises aufweist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schema- tisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 a, 1 b einen Abschnitt eines Schweiß- oder Schneidbrenners in der Seitenansicht bzw. im Längsschnitt entlang der Linie A-A.
Ein Schneidbrenner 10, dessen vorderer Abschnitt in der Zeichnung dargestellt ist, weist eine an der Brennerspitze 12 angeordnete Brennerdüse 14 für den Austritt der Schneidflamme auf. Die Brennerdüse 14 wird über Zulei- tungen 16 mit einem Gasgemisch versorgt, welche in einem Mantelrohr 18 aufgenommen sind. Das Mantelrohr 18 weist einen ersten Rohrabschnitt 20 sowie eine sich in Richtung zur Brennerspitze 12 an den ersten Rohrabschnitt 20 anschließende, mit diesem lösbar verbundene Hülse 22 auf. An der Hülse 22 ist eine Düsenkappe 24 aus Keramik befestigt, die die Bren- nerdüse 14 rings umschließt. Zur Brennerspitze 12 ist die Düsenkappe 24 offen und die Spitze 26 der Brennerdüse 14 ragt ein Stück weit aus ihr heraus.
In der Düsenkappe 24, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einer unter dem Markennamen "Macor" von der Firma Corning Incorporated vertriebenen Keramik gefertigt ist, ist eine rings um die Brennerdüse 14 umlaufende Ringelektrode 28 angeordnet. Die Ringelektrode 28 ist fest mit der Düsenkappe 24 verbunden, so dass sie sich stets in einem definierten Abstand zur Brennerspitze 12 befindet. Des Weiteren ist in der Düsenkappe 24 ein Kontaktstift 30 aufgenommen, der fest mit der Ringelektrode 28 verbunden ist und diese elektrisch leitend mit einem in der Hülse 22 aufgenomme- nen Kontaktelement 32 verbindet. Vom Kontaktelement 32 führen dann in der Zeichnung nicht dargestellte Kabel zu einer Auswerteeinheit, die eine Kenngröße misst und auswertet, welche von der durch die Ringelektrode 28 und ein Werkstück gebildeten Kapazität abhängt. Die Kapazität und damit die Kenngröße ist abhängig vom Abstand der Ringelektrode 28 zum Werkstück, so dass der Abstand der Brennerspitze 12 zum Werkstück zuverlässig ermittelt werden kann.
Die Brennerdüse 14 und die Düsenkappe 24 sind im Abstand zueinander angeordnet, so dass zwischen ihnen ein Spalt 34 frei bleibt. Im Spalt 34 ist ein elastischer O-Ring 36 angeordnet, der an einer Außenfläche 38 der Brennerdüse 14 und einer Innenfläche 40 der Düsenkappe 24 anliegt und sich bei einer thermischen Ausdehnung der Brennerdüse 14 elastisch verformt. Der O-Ring 36 trägt dazu bei, dass die Brennerdüse 14 mittig durch die Öffnung in der Düsenkappe 24 durchgeführt ist, so dass sich die Position der Ringelektrode 28 bezüglich der Brennerspitze 12 auch bei einer thermischen Ausdehnung der Brennerdüse 14 kaum ändert.
Die Düsenkappe 24 ist auf die Hülse 22 aufgesteckt. Hierzu weist die Hülse 22 einen rings umlaufenden Wulst 42 an ihrer Innenseite auf. Die Düsenkappe 24 ist an ihrer Außenseite mit einem umlaufenden elastischen Ring versehen, der ein O-Ring, ein Metallring oder ein hohler Metallring sein kann oder aus einer elastischen und gegebenenfalls aushärtbaren Masse, z.B. aus Silikon, bestehen kann. Beim Aufsetzen der Düsenkappe 24 auf die Hül- se 22 wird der elastische Ring 44 über den Wulst 42 geführt, bis er diesen hintergreift.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft einen Schweiß- oder Schneidbrenner 10 zum Schweißen oder Schneiden von e- lektrisch leitfähigen Werkstücken mit einer an der Brennerspitze 12 angeordneten Brennerdüse 14 für den Austritt der Flamme, mit einer die Bren- nerdüse 14 wenigstens teilweise umschließenden, zur Brennerspitze 12 offenen Düsenkappe 24 und mit einer mit dem Werkstück eine Kapazität bildenden Elektrode 28. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Düsenkappe 24 aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht und dass die Elektrode 28 in der Düsenkappe 24 aufgenommen ist.

Claims

Patentansprüche
1. Schweiß- oder Schneidbrenner zum Schweißen oder Schneiden von elektrisch leitfähigen Werkstücken mit einer an der Brennerspitze (12) angeordneten Brennerdüse (14) für den Austritt der Flamme, mit einer die Brennerdüse (14) wenigstens teilweise umschließenden, zur Brennerspitze (12) offenen Düsenkappe (24) und mit einer mit dem Werkstück eine Kapazität bildenden Elektrode (28), dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenkappe (24) aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht und dass die Elektrode (28) in der Düsenkappe (24) aufgenommen ist.
2. Schweiß- oder Schneidbrenner nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (28) eine um die Brennerdüse (14) ver- laufende Ringelektrode ist.
3. Schweiß- oder Schneidbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenkappe (24) aus Keramik besteht.
4. Schweiß- oder Schneidbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerdüse (14) mit ihrer Spitze (26) aus der Düsenkappe (24) ragt.
5. Schweiß- oder Schneidbrenner nach einem der vorangehenden An- Sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenkappe (24) im Abstand zur Brennerdüse (14) angeordnet ist.
6. Schweiß- oder Schneidbrenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Düsenkappe (24) und der Brennerdüse (14) ein an einer Außenfläche (38) der Brennerdüse (14) und an einer Innenfläche (40) der Düsenkappe (24) anliegender elastischer Ring (36) angeordnet ist.
7. Schweiß- oder Schneidbrenner nach einem der vorangehenden An- Sprüche, gekennzeichnet durch ein die Zuleitungen (16) zur Brennerdüse (14) umschließendes Mantelrohr (18), an dem die Düsenkappe (24) befestigt ist.
8. Schweiß- oder Schneidbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Mantelrohr (18) einen ersten Rohrabschnitt (20) und eine am ersten Rohrabschnitt (20) lösbar befestigte, die Düsenkappe (24) tragende Hülse (22) aufweist.
9. Schweiß- oder Schneidbrenner nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Mantelrohr (18) an seinem der Düsenkappe
(24) zugewandten Ende einen umlaufenden Wulst (42) aufweist und dass die Düsenkappe (24) mit einem elastischen Ring (44) versehen ist, der zum Befestigen am Mantelrohr (18) dessen Wulst (42) hintergreift.
10. Schweiß- oder Schneidbrenner nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Düsenkappe (24) ein Kontaktstift (30) aufgenommen ist, der die Elektrode (28) mit einem im Mantelrohr (18) aufgenommenen Kontaktelement (32) verbindet.
11. Schweiß- oder Schneidbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit zur Auswertung einer von der Kapazität abhängigen Kenngröße.
12. Schweiß- oder Schneidbrenner nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit einen zur Kapazität parallel ge- schalteten elektrischen Schwingkreis sowie eine Datenverarbeitungseinheit zur Auswertung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises aufweist.
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