DE10202867A1

DE10202867A1 - Schweiß- oder Schneidbrenner mit Brennerkopf

Info

Publication number: DE10202867A1
Application number: DE2002102867
Authority: DE
Inventors: Josef Faust; Hans-Joachim Albert; Ferdinand Cornelius Lamboo
Original assignee: Messer Cutting and Welding GmbH
Current assignee: Messer Cutting Systems GmbH
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2002-01-24
Publication date: 2003-08-07

Abstract

Die Erfindung beschreibt einen Schweiß- oder Schneidbrenner mit Brennerkopf, der eine Abstandsmesseinrichtung aufweist zur Messung des Abstands über eine kapazitive Messung zwischen Werkstückoberfläche und einem brennerseitigen Teil, wobei der Brennerkopf einen Brennerkörper und eine Brennerdüse umfasst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass das brennerseitige Teil durch mindestens ein elektrisch leitendes Teil der Brennerdüse selbst gebildet ist, das gegenüber dem Brennerkörper elektrisch isoliert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schweiß- oder Schneidbrenner mit Brennerkopf, der eine Abstandsmesseinrichtung aufweist zur Messung des Abstands über eine kapazitive Messung zwischen Werkstückoberfläche und einem brennerseitigen Teil, wobei der Brennerkopf einen Brennerkörper und eine Brennerdüse umfaßt.
Das Schweißen und Schneiden von Stahl mit Schweiß- oder Schneidbrennern ist eine alte Technik, die sich nicht wesentlich in den vergangenen Jahren geändert hat. Wesentliche Bemühungen sind daher auch darauf gerichtet worden, Schweiß- oder Schneidprozesse zu automatisieren. Für eine solche Automatisierung müssen die Bearbeitungsvorgänge überwacht werden, um Prozessfehler zu vermeiden, die zu einem Ausfall bzw. einer Unterbrechung des Verfahrensablaufs führen können. Ein wesentlicher Fehler, der während des Schweißens und/oder Schneidens auftritt, ist ein Kontakt zwischen Brenner und Werkstück. Ein solcher Kontakt hat verschiedene Ursachen, beispielsweise Biegen einer zu schneidenden Stahlplatte. Zur Vermeidung eines solchen Kontakts ist eine zuverlässige Höheneinstellung für den Schweiß- oder Schneidbrenner bzw. dessen Brennerkopf zu der Werkstückoberfläche erforderlich. Um eine solche Höhen- bzw. Abstandseinstellung vorzunehmen und zu überwachen, sind verschiedene Abstandseinstellsysteme erhältlich.
Solche bekannten Systeme arbeiten im wesentlichen entweder induktiv, kapazitiv oder manuell. Kapazitiv/induktiv arbeitende Instrumente sind dabei für eine kontaktlose Messung von Positionen, Verschiebungen, Vibrationen und Dickenmessungen ausgelegt. Diese Messeinrichtungen sehen ein brennerseitiges Messteil vor, das ein im Wesentlichen gesondertes Bauteil ist, das beispielsweise in einer Ring- oder U-Form mit Abstand um die Brennerdüse herum angeordnet ist, also ein zusätzliches Bauteil darstellt. Ein solches zusätzliches Bauteil ist berührungsempfindlich. Außerdem wird eine Messung mit einem solchen Messteil stark durch Umgebungsparameter beeinflußt. Auch kann sich an einem solchen Metallring Metallschlacke anhängen, was zu veränderten Messwerten führt bzw. die Zuverlässigkeit eines kapazitiven Sensors herabsetzt.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Schweiß- oder Schneidbrenner mit Brennerkopf, der eine Abstandsmesseinrichtung aufweist, zur Messung des Abstands über eine kapazitive Messung zwischen Werkstückoberfläche und einem brennerseitigen Teil, so auszubilden, dass die vorstehend angegebenen Nachteile von Sensoren nach dem Stand der Technik vermieden werden.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Schweiß- oder Schneidbrenner mit Brennerkopf der eingangs genannten Art, dadurch gelöst, dass das brennerseitige Teil durch mindestens ein elektrisch leitendes Teil der Brennerdüse selbst gebildet ist, das gegenüber dem Brennerkörper elektrisch isoliert ist.
Demzufolge wird das brennerseitige Teil für die kapazitive Messung unmittelbar in den Brennerkopf integriert, d. h. ein Teil des Brennerkopfs selbst bildet die eine Messstelle; hierbei ist es allerdings erforderlich, dieses elektrisch leitende Teil der Brennerdüse gegenüber dem Brennerkörper elektrisch zu isolieren. Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, dass keine um die Brennerdüse oder den Brennerkörper vorstehenden zusätzlichen Teile der Messeinrichtung erforderlich sind, da dieses brennerseitige Messteil unmittelbar in den Brennerkopf integriert ist. Die Düse selbst als Messstelle wird durch die aus der Düse austretenden Schweiß- oder Schneidgase frei von Schlacke oder anderen Kontaminierungsbestandteilen gehalten, so dass gerade Schlacke bei einer solchen Messanordnung für eine Abstandsmessung kein Problem darstellt.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der geringen Baugröße und der Präzision, mit der diese Messstelle beibehalten wird. Schliesslich kann die Fläche für die kapazitive Messung des brennerseitigen Teils sehr klein gehalten werden. Es ist auch anzuführen, dass eine solche Messanordnung sehr kostengünstig aufgebaut werden kann. Schliesslich ist eine solche Messanordnung unabhängig des Brennertyps einsetzbar, d. h. das erfindungsgemäße Messprinzip kann in die verschiedenartigen Schweiß- oder Schneidbrenner mit Brennerkopf integriert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird das brennerseitige Teil durch die Brennerdüse gebildet, die gegenüber dem Brennerkörper durch mindestens ein Zwischenstück aus einem isolierenden und gut wärmeleitendem Material isoliert ist.
Auch kann die Brennerdüse aus einem isolierenden Material gefertigt werden, und an der Unterseite, die dem Werkstück zugewandt ist, kann ein elektrisch leitfähiges Teil angeordnet werden, das das brennerseitige Messteil bildet.
Vorzugsweise wird als isolierendes und gut wärmeleitendes Material anodisiertes Aluminium eingesetzt. Anodisiertes Aluminium hat den Vorteil, dass es zum einen elektrisch isolierend ist, aber andererseits eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, was besonders wichtig ist, damit durch das isolierende Teil der Betrieb der Brennerdüse nicht beeinträchtigt oder ansonsten beeinflusst wird.
Auch kann als isolierendes und gut wärmeleitendes Material Aluminiumnitrid eingesetzt werden, obwohl aus derzeitiger Sicht anodisiertes Aluminium zu bevorzugen ist, insbesondere im Hinblick darauf, dass ein Bauteil aus anodisiertem Aluminium einfach herzustellen ist, während Aluminiumnitrid ein nur aufwendig zu bearbeitendes Material darstellt.
Das Zwischenstück kann mehrteilig ausgebildet sein derart, so dass die einzelnen Zwischenstücke, beispielsweise jeweils aus anodisiertem Aluminium hergestellt, den Übergangswiderstand erhöhen.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Figuren, die einen Brennerkopf sowie einen Teil einer Stahlplatte zeigt.
Der Brennerkopf, der mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist, umfaßt einen Brennerkörper 2, an dessen Ende eine Brennerdüse 13 mit einer eine Düsenkappe 3, die eine Düse 4 umschließt, gehalten ist. Die Brennerdüse 13 weist eine der Düse 4 zugeordnete Düsenöffnung 5 sowie einen zwischen Düse 4 und Düsenkappe 3 festgelegten Ringkanal 6, jeweils zur Gaszufuhr, auf.
Ein wesentlicher Parameter zum Bearbeiten eines Werkstücks, und mit dem Bezugszeichen 7 bezeichnet, ist die Einhaltung des Abstands zwischen Werkstückoberfläche 8 und der Stirnfläche 9 der Düsenkappe 3 bzw. der Düse 4. Dieser Abstand, mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet, muß definiert eingehalten werden; es darf auch nicht zur Kollision zwischen der Werkstückoberfläche 8 und dem Brennerkopf 1 kommen.
Die Abstandsmessung erfolgt in der gezeigten Anordnung kapazitiv zwischen der Werkstückoberfläche 8 und der Düsenkappe 3 bzw. der Düse 4. Dazu ist, im Gegensatz zu einem herkömmlichen Brennerkopf, der Brennerkörper 2 gegenüber der Düsenkappe 3 und der Düse 4 durch zwei Zwischenteile, nämlich ein äußeres Zwischenteil 11 und ein inneres Zwischenteil 12, isoliert. Die beiden Zwischenteile 11, 12 sind aus anodisiertem Aluminium gefertigt, das, aufgrund der Oxidschicht, seine gut elektrisch isolierenden Eigenschaften erhält, das aber andererseits gut wärmeleitend ist, so dass durch diese beiden Zwischenteile 11, 12 das Wärmeverhalten des Brennerkopfs nicht verändert wird. Als alternatives Material kann auch Aluminiumnitrid für die beiden Zwischenteile 11, 12 eingesetzt werden.
Die kapazitive Messung erfolgt, wie angedeutet ist, zwischen den beiden Messpunkten 13.
Anstelle der beiden Zwischenteile 11, 12 könnten auch sowohl die Düsenkappe 3 als auch die Düse 4 aus einem solierenden Material gefertigt werden, wozu dann die Stirnfläche 9 mit einer leitenden Platte versehen wird, zwischen der gegenüber der Oberfläche 8 des Werkstücks 7 die kapazitive Abstandsmessung erfolgt.
Die gezeigte Anordnung besitzt keine über die Düsenkappe 3 vorstehenden Teile, die ansonsten nach dem Stand der Technik vorhanden sind, so dass keine Gefahr einer Beschädigung der Messeinrichtung besteht, da sie vollständig in den Brennerkopf integiert ist.

Claims

1. Schweiß- oder Schneidbrenner mit Brennerkopf, der eine Abstandsmesseinrichtung aufweist zur Messung des Abstands über eine kapazitive Messung zwischen Werkstückoberfläche und einem brennerseitigen Teil, wobei der Brennerkopf einen Brennerkörper und eine Brennerdüse umfaßt, dadurch gekennzeichnet, dass das brennerseitige Teil durch mindestens ein elektrisch leitendes Teil der Brennerdüse (13) selbst gebildet ist, das gegenüber dem Brennerkörper (1) elektrisch isoliert ist.

2. Schweiß- oder Schneidbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das brennerseitige Teil durch die Brennerdüse (13) gebildet ist, die gegenüber dem Brennerkörper (1) durch mindestens ein Zwischenstück (11, 12) aus einem isolierenden und gut wärmeleitendem Material isoliert ist.

3. Schweiß- oder Schneidbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerdüse (13) aus einem isolierenden Material gefertigt ist und an der Unterseite (9), die dem Werkstück (7) zugewandt ist, ein elektrisch leitfähiges Teil trägt, das das brennerseitige Messteil bildet.

4. Schweiß- oder Schneidbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende und gut wärmeleitende Material anodisiertes Aluminium ist.

5. Schweiß- oder Schneidbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende und gut wärmeleitende Material Aluminiumnitrid ist.

6. Schweiß- oder Schneidbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück mehrteilig ausgebildet ist, wobei die einzelnen Teile (11, 12) gegeneinander isoliert sind.