DE1941728C - Einrichtung zur Regelung des Abstandes eines Schweiß- oder Schneidbrenners von einer Werkstückoberfläche - Google Patents

Description

40 weise wird jedoch damit eine optimale Ausnutzung des Bleches, verhindert. Je nach Arbeitsumfang ergibt

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine sich eine mehr oder weniger hohe Schrottquote, die Einrichtung zur Regelung des Abstandes eines vom Anwender dieses Verfahrens als VerluNt beSchweiß- oder Schneidbrenners von der Werkstück- trachtet wird. Es stellt sich somit aus der Praxis heraus oberfläche mit einem die Abstandsänderungen erfas- 45 ganz eindeutig die Forderung nach einem minimalen senden Kondensator, der von einer, vorzugsweise mit Schrottstreifen, der beispielsweise eine Breite von dem Brenner verbundenen Abtastelektrode und von 5 mm nicht überschreiten soll,
der Werkstückoberfläche gebildet wird und der mit Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur

einem Sollwertgeber verbunden ist, dessen Ausgangs- Regelung des Abstandes eines Schweiß- oder signal einer Brennerverstelleinrichtung zuführbar ist. 50 Schneidbrenners von der Werkstückoberfläche zu Beim maschinellen Brennschneiden mit ortsfesten schaffen, wodurch die erwähnten Nachteile vermie-Brennschneidmaschinen ist es wichtig, den Brenner in den werden und gleichzeitig die aufgestellten Fordeeinem möglichst konstanten Abstand über das zu rungen verwirklichbar sind.

schneidende Werkstück hinwegzuführen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Einrichtung

Beim Schneiden oder Schweißen von Hand wird 55 vorgeschlagen, bei der gemäß der Erfindung zwischen häufig die erforderliche Höhenveränderung mehr Sollwertgeber und Brennerverstelleinrichtung eine oder weniger gleichmäßig von der Bedienungsperson Korrekturvorrichtung angeordnet ist, die entsprevorgenommen. Bei fest eingespanntem Brenner und chend den bei Änderung der auf die WerkstückobermaschineUem Schweißen oder Schneiden erfolgt viel- fläche projizierten Abtastfläche der Abtastelektrode fach das Nachstellen des Brenners von Hand über ge- 60 auftretenden Kapazitatsänderungen der Brennervereignete Spindeln oder Übersetzungen. Auch ist ein stelleinrichtung einen Steuerimpuls erteilt.
Höhenverstellverfahren mit einem elektrischen Mo- In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird

tor, der über ein Getriebe den in Führungen ver- vorgeschlagen, daß der Sollwertgeber ein Diskriminaschiebbaren Brenner bewegt, bekannt, bei dem die tor ist, dessen Ausgang über Leitungen mit der Kor-Steuerimpulse dem Motor durch eine in kurzen Zeit- 65 rektureinrichtung verbunden ist, welche mindestens abständen die Werkstückoberfläche berührende ma- eine Spannungsquelle, manuell oder automatisch bechanische Tasleinrichtung erteilt werden. Der Ersatz tätigbare Relais sowie einen Verstärker aufweist,
der mechanischen Tasteinrichtung durch eine elektri- Weiterhin wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,

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daß der Verstärker mit einer an sich bekannten Pha- Gleichgewichtszustand ist der in Fig- 1 nut x. be-

senanschnittssteuerung für die Brennerversteüeinrich- zeichnete Abstand zwischen dem Brenner 32 und der

tung verbunden ist und daß zwischen Verstärker und Werkstückoberfläche 14 zugeordnet

Strang ein durch Relais betätigbarer Kontakt vorge- Wird der Brenner 32 und mit ihm die Abtastelek-

sehenist 5 trode 13 in Pfeilrichtung A über die Werkstückober-

Durch die Erfindung wird vorteilhaft erreicht den fläche 14 iscwegt, dann wird der Abstand zwischen Schrottabfall beim Brennschneiden auf ein Minimum Abtasteelektrode 13 und Werkstückoberfläche zu reduzieren, ohne eine Beeinträchtigung der Ge- 1.4 bei auftretenden Unebenheiten verändert nauigkek der Abstandsregelung befürchten zu müs- Weist die Werkstückoberfläche 14 beispielsweise eine sen. Dies macht sich insbesondere dann vorteilhaft i» Erhöhung auf, dann wird der Abstand kleiner. Darauf die Gesamtwirtschaftlichkeit bemerkbar, wenn aufhin ändert sich die Schwingungsfrequenz des Osdie zu bearbeitenden Werkstücke aus wertvollen ziliators 10. Diese neue Schwingungsfrequenz stimmt Werkstoffen, wie hochlegierten Stählen, Titan usw. nicht mehr mit der Mittenfrequenz des Diskriminabestehen. itors 15 überein, und es entstehen an den Verbindun-

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen nä- 15 gen 19, 20 ungleiche Ausgangsspannungen. Der

her erläutert. Es veranschaulicht nachgeschaltete Verstärker 16 gibt dannn ein Stell-

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Einrich- signal auf den Regelmotor 18. Dieser hebt dann bettung zur Regelung des Abstandes zwischen der Düse spielsweise über die Ritzel-Zahnstangenkombination des Schneidbrenners und der Werkstückoberfläche, 33, 34 den Brenner 32 so lange an, bis der ursprüng-

F i g. 2 die Einrichtung gemäß F i g. 1 in einer an- »o Hch eingestellte Abstand χ wiederhergestellt ist und

deren Position, die vom Oszillator 10 gelieferte Schwingung der Mit-

F i g. 3 eine Draufsicht gemäß F i g. 2, tenfrequeiiz des Diskriminators 15 entspricht. Bei

F i g. 4, 5, 6 weitere Positionen der Abtastelektrode einer Vertiefung auf der Werkstuckoberfläche 14

in Draufsicht. wird ebenfalls ein Stellsignal für den Regelmotor 18

Wie aus F i g. 1 zu ersehen ist, besteht die erfin- as erzeugt zum Absenken des Brenners 32 auf den ein-

dungsgemäße Einrichtung im wesentlichen aus einem gestellten Abstand x.

Oszillator 10, einem Serienschwingkreis 11, beste- Überfährt der Brenner 32 dagegen eine Werkstück-

hend aus einer Induktivität 12, und einer Kapazität kante 35, so würde sich bei bekannten Einrichtungen

zwischen Abtastelektrode 13 und einer Werkstück- auf Grund der Verkleinerung, der die Kapazität be-

oberfläche 14, einem Diskriminator 15, einem Ver- 30 stimmenden Fläche der Abtastelektrode 13 die Kapa-

stärker, vorzugsweise einem Operationsverstärker 16, zität und damit die Schwingungsfrequenz des Oszilla-

und aus einer Phasenanschnittsteuerung 17 für einen tors 10 verändern, wodurch der Diskriminator 15 aus

Regelmotor 18. Zwischen dem Diskriminator 15 und dem Gleichgewicht gebracht würde. Die Spannungs-

dem Verstärker 16 sind Verbindungen 19 und 20 differenz zwischen den Verbindungen 19 und 20 des

vorgesehen. An die Verbindung 19 sind Leitungen 21 35 Diskriminators 15 würde dann zu einem Stellsignal

und 22 angeschlossen, die mit Fremdspannungsquel- für den Regelmotor 18 führen, welcher dann die Ab-

len 23, beispielsweise Batterien, in Verbindung ste- tastelektrode 13 und den Brenner 32 so lange an die

hen. Im Verlauf der Leitung 21 bzw. 22 sind Kon- Werkstückoberfläche 14 heranführt, bis der ur-

takte 24, 25, Widerstände 26 bzw. 27 und Span- sprüngliche Kapazitätswert, und damit die ursprüng-

nungsteiler 28 bzw. 29 angeordnet. In einer Verbin- 40 liehe Diskriminator-Mittenfrequenz, wieder eingestellt

dung 30 zwischen dem Verstärker 16 und der Pha- ist.

senanschnittsteuerung 17 liegt ein Kontakt 31. In Fig. 2 ist dieser bei bekannten Einrichtungen

Die Abtastelektrode 13 ist vorzugsweise ringförmig sich einstellende Abstand des Brenners 32 mit y beausgebildet und an dem in dieser Figur nur schema- zeichnet. F i g. 3 veranschaulicht die dazugehörige tisch dargestellten Brenner 32 befestigt. Der Brenner 45 Draufsicht.

32 ist beispielsweise über eine Zahnstange 33, die mit Um jedoch bei der Position entsprechend der

einem Ritzel 34 in Verbindung steht, in seiner Höhe F i g. 2 und 3 einen Abstand χ zwischen dem Brenner

durch den Regelmotor 18, der auf das Ritzel 34 ein- 32 und der Werkstückoberfläche 14 zu erreichen,

wirkt, veränderbar. Die weitere konstruktive Ausge- wird erfindungsgemäß ein Korrekturimpuls aus

staltung der Brennereinrichtung sowie deren Steue- 50 einem Spannungsteiler 28 bzw. 23 über den Kontakt

rung wurde aus Übersichtsgründen nicht dargestellt. 24 bzw. 25 auf einen der Summiereingänge des Ver-

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Ein- stärkers 16 gegeben. Dieser Korrekturimpuls ist nun

richtung ist folgende: in Größe und Polarität so gewählt, dab an beiden Ein-

Die Schwingungsfrequenz des Oszillators 10 wird gangen des Verstärkers 16 trotz Verstimmung des Dis-

durch den Serienschwingkreis 11 bestimmt. Die vom 55 kriminators 15 gleiche Spannungen auftreten. Damit

Oszillator IU erzeugte Schwingung wird auf den Dis- wird eine Nachsteuerung vermieden. Der Abstand χ

kriminator 115 gegeben und dort in ein frequenz- und zwischen Brenner 32 und Werkstückoberfläche 14

damit abstandproportionales Gleichspannungssignal bleibt erhalten. Dadurch ist es möglich', daß der

umgewandelt. Befindet sich die Abtastelektrode 13 Brenner auch beim Entlangfahren an der Werkstück-

mit ihrer vollen Fläche über der Werkstückoberfläche 6l kante 35 in Pfeilrichtung B (Fig. 3) den Abstand χ

14, dann liefert der Oszillator 10 eine der Mittenfre- beibehält. Eine während der Abtastung der Werk-

quenz des Diskriminators 15 entsprechende Schwin- Stückoberfläche 14 im Bereich der Werkstückkante

gung, und es entstehen εη den Verbindungen 19 und 35 auftretende Erhöhung bzw. Vertiefung ruft eine

20 gleiche Ausgangsspannungen. Der nachgeschaltete weitere Verstimmung des Diskriminators 15 hervor.

Verstärker 16, über den geschlossenen Kontakt 31 65 Diese wird jedoch nicht von dem Korrekturinipuls

mit der Phasenanschnittsteuerung 17 verbunden, gibt kompensiert, sondern bewirkt ein der Erhöhung bzw."

auf Grund der gleichen Ausgangsspannungen kein Vertiefung entsprechendes Regelsignal für den Motor

Stellsignal auf den Regelmotor 18. Diesem erwähnten 18, so daß der Abstand zwischen Brenner und Werk-

Stückoberfläche sofort auf den gewünsqhten Wert χ Bei dem zuvor beschriebenen Ausfühmngsbeispiel

nachgestellt wird. der erfindungsgemäßen Einrichtung wurde davon

Der Kontakt 24 bzw. 25 wird beispielsweise über ausgegangen, daß die Abtastelektrode 13 von der

ein Relais 24 α bzw. 25 α betätigt. Die Auslösung für Mitte eines Werkstückes kommend zu einer Werk-

diese Relais erfolgt beispielsweise manuell durch den S stückkante hin bewegt wird. In diesem Fall ist die

Bedienungsmann der Brennschneidmaschine (der Be- Kapazität der Abtastelektrode 13 für die Bestimmung

dienungsmann muß also in diesem Falle den Weg der der von Diskriminator 15 abgegebenen frequenz- und

Abtastelektrode ständig beobachten), automatisch abstandsproportionalen Gleichspannung ausschlagge-

z. B. bei Lochband gesteuerten Maschinen über ent- bend, wenn sich die Abtastelektrode 13 mit ihrer vol-

sprechende Hilfsfunktionen oder automatisch bei fo- io len Abtastfläche über der Werkstückoberfläche 14

toelektrisch gesteuerten Maschinen durch zusätzliche befindet.

Impulsfotowiderstände, z. B. in Verbindung mit ge- Es ist jedoch auch möglich und liegt durchaus im

eigneten Impulslinien od. dgl. auf der abzutastenden Rahmen der Erfindung, davon auszugehen, daß die

Zeichnungsvorlage. Abtastelektrode 13 sich nur mit einem Teil ihrer Ab- Die Funktionstüchtigkeit bezüglich der Regeige- 15 tastfläche über der Werkstückoberfläche 14 befindet,

schwindigkeit, Regelgenauigkeit usw. der Brennerein- und die dabei sich bildende Kapazität in Verbindung

richtung wird durch die Eingabe des erfindungsgemä- mit der Induktivität 12 zur Erzeugung einer Schwing-

ßen Korrekturimpulses nicht: beeinträchtigt. frequenz für den Oszillator 10 zu benutzen, wobei die

Die Korrektur kann selbstverständlich auch in Schwingfrequenz der Mittenfrequenz des Diskrimina-

mehreren Stufen mit beliebig vielen Spannungsteilen ao tors 15 entspricht.

und Kontakten erreicht werden. Damit können bei- Würde bei bekannten Einrichtungen die Abtastelekspielsweise verschiedene Kantenüberschreitungen der trode unter derartigen Voraussetungen zur Werk-Abtastelektrode 13 gegenüber der Werkstückkante stückmitte hin bewegt, dann würde die Kapazität auf

35 stufenweise ausgeglichen werden. Grund der größer werdenden Abtastfläche ebenfalls F i g. 4 zeigt eine ähnliche Situation wie F i g. 3. as vergrößert, wodurch der Diskriminator 15 aus deir.

Hier soll jedoch die Abtastelektrode 13 und somit der Gleichgewicht gebracht würde. Die dadurch entstc- Brenner 32 in Pfeilrichtung B bis zur Werkstückecke hcndc Spannungsdifferenz zwischen den Verbindun-

36 bewegt werden, wie aus Fi g. 5 ersichtlich ist. gen 19 und 20 des Diskriminators 15 rufen dann ein Spätestens wenn die Abtastelektrode 13 die Posi- Stellsigna] für den Rcgelmotor 18 hervor, wodurch

tion gemäß F i g. 4 eingenommen hat, wird manuell, 30 der Brenner 32 von der Oberfläche so weit abgebt:

numerisch (Lochband) oder fotoelektrisch ein Relais ben wird, bis die Kapazität der Abtastelektrode 1 J

37 (Fig. 1) für den Kontakt 31 erregt und damit der und Werkstückoberfläche 14 ihren ursprünglichen Verstellmotor 18 elektrisch in seiner Zuführung un- Wert erreicht hat

terbrochen. Dadurch tritt keine Höhenkorrektur Da diese Abstandsänderungen unerwünscht sind.

mehr ein. Dieser Zustand wird so lange aufrechter- 35 wird gemäß der Erfindung ein Korrekturimpuls aui

halten, bis die Werkstückecke 36 umfahren ist und einen der Summiereingänge des Verstärkers 16 gege-

die Abtastelektrode 13 eine Position entsprechend ben. Dieser Korrekturimpuls ist nun in Größe und

der Fig. 6 eingenommen hat Danach wird die Ab- Polarität so gewählt, daß an beiden Eingängen des

schaltung der Höhenkorrektur durch erneute Erre- Verstärkers 16 trotz Verstimmung des Diskriminators

gung des Relais 37 entsprechend den vorgenannten 40 15 gleiche Spannungen auftreten, wodurch eine uner-

Möglichkeiten wieder aufgehoben. wünschte Nachsteuerung vermieden wird. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 sehe Kapazität zwischen dem Werkstück und einem Patentansprüche: Fühlerschuh aiisnütienäe Einrichtung ist ebenfalls bekannt (britische Patentschrift 924 679).

1. Einrichtung zur Regelung des Abstandes Der Vorteil einer berührungsfrei arbeitender kapaeines Schweiß- oder Schneidbrenners von einer 5 zitiven Abstandsregelung gegenüber der herkommli-Werkstückoberfläche mit einem die Abstandsän- chen mechanisichen Höhensteuerung besteht dann, derungen erfassenden Kondensator, der von daß die erstere über den ganzen Geschwmdigkeitsbeeiner, vorzugsweise mit dem Brenner verbünde- reich einer Brennschneidmaschine. insbesondere auch nen Abtastelektrode und von der Werkstückober- bei den höheren Geschwindigkeiten (EUgang usw.) fläche gebildet wird und der mit einem Sollwert- io einsetzbar ist.

geber verbunden ist,, dessen Ausgangssignal einer Nachteilig iüt jedoch die unerwünschte Beeinflus-

BrennerversteUeinrichtüng zuführbar ist, da- sung des Regeslsignals einer berührungslos arbeitendurch gekennzeichnet, daß zwischen den Höhenverstellung an Unstetigkeitsstellen, wie Sollwertgeber (15) und Brennerverstelleinrich- z. B. Werkstückecken oder -kanten. Ragt beispielstung (18, 33, 34) eine Korrekturvorrichtung (11, ts weise ein Teil der Abtastelektrode über die Werk-23, 24. 25, 37) angeordnet ist, die entsprechend stückecke oder -kante hinaus, so kommt es zu Kapaden bei Änderung der auf die Werkstückober- zitätsänderungen des durch die Abtastelektrode und fläche projizierten Abtastfläche der Abtastelek- die Werkstückoberfläche gebildeten Kondensators, trode auftretenden Kapazitätsänderungen der ohne daß sich am Abstand zwischen der Werkstück-Brennerverstelleinrichtung einen Steuerimpuls er- ao oberfläche und der Abtastelektrode etwas geändert teilt. zu haben braucht. Die Regeleinrichtung versucht

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- vielmehr nun durch Abstandsregelung die alte Kapazikennzeichnet, daß der Sollwertgeber ein Diskri- tat wiederherzustellen. Es kommt also hier zu Ab minator (15) ist, dessen Ausgang (19) über Lei- standsänüerungen zwischen dem Brenner und de· tungen (21 bzw. 22) mit der Korrektureinrichtung as Werkstückoberfläche, die zum Aufsetzen des Brenverbunden ist, welche mindestens eine Span- ners auf das Werkstück und damit zur Beschädigung nungsquelle (23), manuell oder automatisch betä- derselben führen kann.

tigbare Relais (24, 24 a, 25, 25 a) sowie einen Umgekehrt kann es beim Verlassen der Position an

Verstärker (16) aufweist. Werkstückkanten oder -ecken in Richtung Werk-

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- 30 stückmitte zu unerwünscht großen Abständen zwidurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (16) sehen dem Brenner und der Werkstückoberfläche mit einer an sich bekannten Phasenanschnittsteue- kommen, wobei die Gefahr eines Schnittabrisses bzw. rung (17) für die Brennerverstelkinrichtung (18, einer unzulässigen Schnittfugenverbreitung besteht. 33, 34) verbunden ist und daß zwischen Verstär- Der bisher übliche Weg, diesen Nachteil zu umgehen, ker (16) und Steuerung (17) ein durch Relais (37) 35 bestand darin, einen genügend breiten Schrottstreifen betätigbarer Kontakt (31) vorgesehen ist. um das auszuschneidende Werkstück herum stehen

zu lassen. Dadurch wird erreicht, daß die Abtastelektrode mit ihrem gesamten Umfang über dem zu

schneidenden Material stehenbleibt. Nachteiliger-