DE19734380A1

DE19734380A1 - Verfahren zur Überwachung des Schneidbetriebes einer Brennschneidmaschine mit autogenem Schneidbrenner

Info

Publication number: DE19734380A1
Application number: DE1997134380
Authority: DE
Inventors: Anton Koukal
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1997-08-08
Publication date: 1999-02-11

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Schneidbetriebes einer Brennschneidmaschine mit min destens einem Autogen-Schneidbrenner, der zur Schneid bahn-Verfolgung mittels eines X- und Y-Koordinatenwagens den zueinander rechtwinkligen X- und Y-Koordinaten CN- oder CNC-gesteuert parallel zu dem der Schneidbear beitung unterworfenen Werkstück verfahrbar ist und mittels eines Z-Koordinatenantriebes auch in der zu den X- und Y-Richtungen senkrechten Z-Richtung motorge steuert auf- und ab-verfahrbar angeordnet ist, wobei der Z-Koordinatenmotor das Abstands-Stellglied einer Regelungseinrichtung bildet, durch die der Abstand der Brennerdüse vom Werkstück innerhalb hinnehmbarer Regel abweichungen auf einen im wesentlichen konstanten, ein stellbar vorgebbaren Wert a_s geregelt wird, zu dessen Überwachung ein Sondenkondensator vorgesehen ist, der aus einer durch das aus elektrisch leitendem Material bestehende Werkstück gebildeten Festelektrode und einer mit dem Brenner mechanisch fest verbundenen und mit diesem auf- und abbewegbaren, gegenüber dem Brenner elektrisch isolierten Sensor-Elektrode besteht und in einer nach dem Prinzip der Erfassung des Wechselstrom widerstandes arbeitenden Kapazitätsmeßbrücke eine vari able Kapazität bildet, die im Falle einer als Folge ei ner Abstandsänderung auftretenden Verstimmung der Brücke durch kompensatorische Ansteuerung des Stellmotors wie der auf den mit dem Sollabstand a_s verknüpften Kapazi tätswert eingeregelt wird. Bei einem bekannten Ver fahren dieser Art (DE 42 03 672 A1) wird zum Zweck der Minimierung plasmabedingter Störeffekte, die durch das ionisierte Plasma der Brennschneidflamme zustande kom men, auf das kapazitive Abtastsystem, das Werkzeug - der Brenner - selbst in Kombination mit einer Ringelek trode als Sensierelement ausgenutzt und auf gleichem Bezugspotential gehalten wie der frequenzerzeugende Wechselspannungsgenerator, wobei das Werkstück als Sen der benutzt wird. Die hierfür erforderliche galvanische Trennung des Brenners vom Werkstück ist mit einem hohen elektrischen Isolations-Aufwand und damit auch mecha nisch-konstruktivem Aufwand verbunden, so daß die An wendung des bekannten Verfahrens nur bei Brennschneid maschinen möglich ist, die auch konstruktiv an das be kannte Verfahren angepaßt sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß es auch bei Standard-Brennschneidmaschinen anwendbar ist und, un beschadet der Genauigkeit der Abstands-Regelung, auch die Möglichkeit eröffnet, den Brenn-Zustand der Schneid brennerflamme überwachen und hierfür charakteristische Signale gewinnen zu können, die zur Auslösung von Sicher heitsfunktionen nutzbar sind, sowie auch eine zur selbst tätigen Durchführung des Verfahrens geeignete Einrich tung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfin dungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patent anspruchs 1 und in vorteilhaften Ausgestaltungen des selben durch die Merkmale der Ansprüche 2 bis 4 und hin sichtlich einer zu seiner Durchführung geeigneten Ein richtung durch die Merkmale der Ansprüche 5 bis 11 ge löst.

Hiernach wird die Meßbrücke kontinuierlich oder quasi kontinuierlich zum einen mit einer hochfrequenten Wechselspannung einer Kreisfrequenz ω_H betreiben, bei der der Betrag des Wechselstromwiderstandes Z_S des Sondenkondensators weitestgehend unabhängig von seinem Verlustwiderstand RS ist, und zum anderen mit einer wesentlich niedriger-frequenten Wechselspannung der Kreisfrequenz ω_L, bei der der Wechselstromwiderstand des Kondensators signifikant durch seinen Verlustwider stand R_S beeinflußt ist, d. h. einen signifikant niedri geren Wert hat, als es dem Betrag seines Blind-Wider standes 1/ωC entspräche. Als Fehlersignal für die Ab standsregelung, das durch kompensatorische Verstellung des Abstandes des Brenners vom Werkstück "zu 0" gere gelt, d. h. im Regelkreis minimiert wird, wird das hoch frequente Verstimmungs-Ausgangssignal der Meßbrücke be nutzt. Das niederfrequente Verstimmungs-Ausgangssignal ΔU_CR der Meßbrücke, dessen Betrag bei brennender Flam me durch deren ionisierender Wirkung und der damit ver knüpften drastischen Erniedrigung des Verlustwiderstan des R_S des Sondenkondensators signifikant von dem Be trag des Brücken-Ausgangssignals verschieden ist, wenn die Flamme nicht brennt, wird zur Betriebsüberwachung der Brennschneidmaschine dahingehend ausgenutzt, ob die Flamme brennt oder nicht sowie zur Einleitung von Sicherungsfunktionen, nämlich zum Abschalten der Brenn gaszufuhr und/oder zum Hochfahren des Brenners auf einen großen Abstand vom Werkstück. Das erfindungsgemäße Ver fahren ist hinsichtlich der Präzision und Feinfühlig keit der Abstandsregelung dem bekannten Verfahren min destens ebenbürtig und ermöglicht darüber hinaus die Nutzung des zur Abstands-Regelung vorgesehenen und hier zu im hochfrequenten Wechselspannungsbereich betriebenen Sondenkondensators auch zur Beitriebs-Überwachung des Brennschneid-Vorganges, die in einem automatisierten Betrieb der Brennschneidmaschine erforderlich ist, um Beschädigungen des Werkstückes und/oder des Brenners zu vermeiden. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist hierbei darin zu sehen, daß zusätzliche Überwachungseinrichtungen, z. B. Temperatur-Sensoren oder optische Überwachungseinrichtungen, die mit entsprechen dem Aufwand verknüpft wären, nicht erforderlich sind.

In der durch die Merkmale des Anspruchs 2 angegebenen Ausgestaltungen des Verfahrens ermöglicht dieses auch die Erkennung des Zustandes, daß die Brennerflamme zwar brennt, der Schneidbetrieb jedoch unterbrochen ist, d. h. die Erkennung einer Situation, in der zweckmäßigerweise die X- und Y-Koordinatenantriebe stillgesetzt werden und zumindest kurzzeitig auch der Brenner auf größerem Abstand vom Werkstück angehoben wird, die Flamme jedoch nicht abgeschaltet zu werden braucht, sondern zu einer Fortsetzung des Schneidbetriebes das Anfahren einer Po sition erfolgen kann, in der kurz zuvor der Brennschneid vorgang noch ordnungsgemäß verlaufen ist und von dieser Position aus den Brennschneid-Betrieb wieder aufzunehmen.

Für eine situationsgerechte "selbsttätige" Beurteilung der niederfrequenten Verstimmungs-Ausgangssignale der Meßbrücke geeignete Vergleichswerte können durch Vorver suche ermittelt werden, z. B. durch Messung des Verlust widerstandes des Sondenkondensators, während die Flam me brennt und nicht brennt, woraus sich auch eine geeig nete Frequenz für den niederfrequenten Spannungs-Betrieb der Meßbrücke ermitteln läßt. Es kann dann auch bei an sonsten bekannter Auslegung der Meßbrücke ein Verstim mungs-Signalwert, der zwischen den Vergleichswerten für brennende und nichtbrennende Flamme liegt, als Ver gleichswert für den Zustand, daß die Flamme brennt, jedoch nicht schneidet, festgelegt und einer Verarbei tungseinheit, die den Brennschneidbetrieb selbsttätig steuert, eingegeben werden.

Zur Ermittlung von für die Beurteilung der momentan ge gebenen Betriebssituation der Brennschneidmaschine rele vanten Ausgangssignalpegeln der Meßbrücke in deren niederfrequentem Betrieb, die als Vergleichswerte in einer elektronischen Steuereinheit der Brennschneid maschine gespeichert werden können, sind die durch die Merkmale der Ansprüche 3 und 4 näher spezifizierten "Lern"-Verfahrensweisen geeignet, die im Zuge mehrerer Brennschneidbearbeitungen eines Werkstücks alternativ zur Anwendung gelangen und zu einer adaptiven Selbst programmierung der elektronischen Steuereinheit der Brennschneidmaschine genutzt werden können.

Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Überwachungseinrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 5 ist in ihrem Hochfrequenz-Verarbeitungs kanal völlig unempfindlich gegen plasmabedingte Ein flüsse auf den Wechselwiderstand des Sondenkondensa tors, da dessen Widerstand 1/ωC bei genügend hoher Betriebsfrequenz dem Betrage nach sehr viel kleiner gehalten werden kann als ein zur Kapazität als parallel geschaltet anzusehender Verlustwiderstand realistischen Betrages. Die Überwachungseinrichtung vermittelt daher eine weitestgehend störungsfreie und damit auch empfind liche Abstandsregelung. Da der niederfrequente Verar beitungskanal in einem Frequenzbereich betrieben werden kann, in dem der Blindwiderstand der Sondenkapazität nicht mehr klein gegen den Verlustwiderstand ist, der bei brennender Flamme um mehrere Größenordnungen (10³ bis 10⁵) kleiner sein kann, als wenn die Flamme nicht brennt und dabei Werte zwischen 1 MΩ und 20 kΩ annehmen kann, ist die Meßbrücke im niederfrequenten Betrieb auch sehr gut geeignet, die Qualität der Flamme zu er fassen, im Ergebnis anhand des Einflusses des Verlust widerstandes des Sondenkondensators auf dessen Wechsel stromwiderstand, und hierbei, wie gemäß Anspruch 6 vor gesehen, zwischen verschiedenen Funktionszuständen zu unterschieden und nach Plausibilitätskriterien adäquate Steuerungsfunktionen auszulösen.

In der durch die Merkmale des Anspruchs 7 dem Grundge danken nach angegebenen und durch die Merkmale des An spruchs 8 weiter spezifizierten Art der Einkopplung der hochfrequenten und niederfrequenten Wechselspannungen die Meßbrücke wird, auch wenn die beiden Wechselspan nungsgeneratoren permanent in Betrieb sind, eine sichere Trennung der beiden Verarbeitungskanäle der Über wachungseinrichtung erreicht und jegliche wechselsei tige Beeinflussung ausgeschlossen.

Durch die Merkmale des Anspruchs 9 sind Auslegungen der Überwachungseinrichtung angegeben, die sich in Erpro bungsversuchen als besonders zweckmäßig erwiesen haben.

In der Gestaltung der Überwachungseinrichtung gemäß den Merkmalen der Ansprüche 10 und 11 ist die bewegliche Elektrode des Sondenkondensators als Zündelektrode einer elektrischen Zündeinrichtung ausgenutzt, die dadurch mit besonders geringem technischem Aufwand realisierbar ist.

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer zu seiner Durchführung geeigneten Einrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und dessen Funktion anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisch vereinfachte Teilansicht einer mit einer erfindungsgemäßen Überwachungseinrich tung ausgerüsteten Brennschneidmaschine mit Autogen-Schneidbrenner.

Fig. 2a ein vereinfachtes Blockschaltbild einer elek tronischen Steuereinheit der Überwachungsein richtung gemäß Fig. 1,

Fig. 2b bis 2d Impulsdiagramme zur Erläuterung der Funktion der elektronischen Steuereinheit ge mäß Fig. 2a, und

Fig. 3 den prinzipiellen Aufbau einer in die Über wachungseinrichtung integrierten Zündeinrich tung für die Brennschneidmaschine gemäß Fig. 1 einer dieser entsprechenden, schematisch stark vereinfachten Ansicht.

In der Fig. 1 ist insgesamt mit 10 eine Brennschneidma schine bezeichnet, mittels derer in einem automatischen NC- oder CNC-koordinatengesteuerten Betrieb aus einem plattenförmigen Werkstück 11, das aus einem elektrisch leitenden Material, z. B. Stahlblech, besteht, Teil stücke mit einem vorgegebenen Konturenverlauf aus schneidbar sind.

Die Brennschneidmaschine 10, die mit mehreren Schneid brennern bestückt sein kann, ist, der Einfachheit hal ber, lediglich durch einen einzigen Autogen-Schneid brenner 12 repräsentiert, der über dem Werkstück in den beiden rechtwinklig zueinander und jeweils parallel zur oberen Begrenzungsfläche 13 verlaufenden X- und Y-Koordi natenrichtungen hin- und her-, sowie in Richtung seiner vertikalen zentralen Längsachse 14 senkrecht zu dem Werk stück 11 auf- und ab-verfahrbar ist, sowie durch eine insgesamt mit 16 bezeichnete Höhen-Verstelleinrichtung und eine für diese vorgesehene, insgesamt mit 17 be zeichnete elektronische Steuereinheit, mittels derer in einer selbsttätig ablaufenden Positions-Regelung der lichte Abstand a des Schneidbrenners 12 vom Werkstück innerhalb hinreichend geringer Regelabweichungen auf einen definierten Wert a_S gehalten werden kann.

Der zur Abstands-Regelung vorgesehene Lage-Regelkreis umfaßt als Abstands-Istwert-Meßeinrichtung eine als Wheatstone'sche Brücke dargestellte, insgesamt mit 18 bezeichnete Kapazitätsmeßbrücke, die im Regelungsbe trieb einen Vergleich des Wechselstromwiderstandes Z_S eines Sondenkondensators 19, dessen Kapazität C_S mit Abstand a_S des Schneidbrenners 12 vom Werkstück 11 variiert, mit dem Wechselstromwiderstand Z_ref eines Re ferenzkondensators 21 der "festen" Kapazität C_ref ver gleicht und für diesen Vergleich charakteristische elek trische Ausgangssignale erzeugt, aus deren Verarbeitung die elektronische Steuereinheit 17 Ansteuersignale für die Höhen-Verstelleinrichtung 16 generiert, die dadurch vertikalen Stellbewegungen des Schneidbrenners 12 angesteuert wird, durch die der Sondenkondensator 19 wieder auf einen Sollwert seiner Kapazität C_S zurückge führt wird und im Ergebnis der lichte Abstand a des Schneidbrenners 12 vom Werkstück 11 auf einem konstan ten, mit dem Sollwert der Kapazität C_S des Sondenkonden sators 19 verknüpften Wert a_S gehalten wird, bei dem der Brennschneidvorgang optimal verläuft.

Bei dem zur Erläuterung gewählten Ausführungsbeispiel hat die Kapazitäts-Meßbrücke 18 einen insgesamt mit 22 bezeichneten kapazitiven Zweig, der aus einer Reihen schaltung des Referenzkondensators 21 und des - variab len - Sondenkondensators 19 besteht und einen zu dem kapazitiven Zweig 22 parallel geschalteten, insgesamt mit 23 bezeichneten Ohm'schen Zweig, der durch eine Reihenschaltung zweier Ohm'scher Widerstände 24 und 26 der Beträge R1 bzw. R2 gebildet ist, deren Widerstands verhältnis R1/R2 einstellbar vorgebbar ist, wodurch auch der Sollwert a_S des Abstandes des Schneidbrenners 12 vom Werkstück 11 vorgebbar ist. Der kapazitive Brückenzweig 22 und der Ohm'sche Widerstands-Zweig 23 der Meßbrücke 18 sind in elektrischer Parallelschaltung zwischen einem Wechselspannungsausgang 27 der elektro nischen Steuereinheit 17 und der Schaltungsmasse 28 eingeordnet, mit der auch das Werkstück 11 leitend ver bunden ist.

Das Werkstück 11, das im Brennschneid-Betrieb nicht be wegt wird, bildet die insoweit ortsfest bleibende Elek trode des Sondenkondensators 19, dessen zweite Elek trode als mit dem Schneidbrenner 12 fest verbundene und mit diesem auf- und abbewegbare Ringelektrode 28 ausge bildet ist, die gegenüber dem Schneidbrennergehäuse 29 elektrisch isoliert ist und über eine flexible Leitung 31 an die Mittelanzapfung 32 des kapazitiven Brücken zweiges 22 angeschlossen ist. Diese Ringelektrode ist koaxialer Anordnung bezüglich der zentralen Längs achse 14 des Schneidbrenners derart angeordnet, daß ihre horizontale Mittelebene 33 in Höhe des Mündungs randes 34 der Brenngas-Austrittsdüse 36 des Schneid brenners 12 verläuft.

In einer typischen Auslegung der Ringelektrode 28 hat der Sondenkondensator 19, wenn sich die Mündungsöffnung 34 in einem für den Schneidbetrieb günstigen Abstand vom Werkstück 11 von etwa 5 mm befindet, eine Kapazität 50 pF. Der als Festwert-Kondensator ausgebildete Referenzkondensator 21 hat eine Kapazität um 100 pF.

Der Gesamtwiderstand R = R1 + R2 des durch die beiden Ohm'schen Widerstände 24 und 26 gebildeten Brückenzwei ges 23 hat einen typischen Wert um 30 kΩ. Das Verhält nis R1/R2 der Ohm'schen Widerstände 24 und 26 des Ohm'schen Brückenzweiges 23 ist einstellbar, so daß im Abstands-Sensierungsbetrieb der Meßbrücke 18, in dem sowohl der kapazitive Zweig 22 als auch der Ohm'sche Zweig 23 der Meßbrücke 18 als Spannungsteiler wirken, die an der Mittelanzapfung 37 des Ohm'schen Brücken zweiges 23 abgreifbare Wechselspannung U_R einem definier ten Bruchteil der am Wechselspannungsausgang 27 der elektronischen Steuereinheit 17 bereitgestellten Wechsel spannung U = U₀ sin ωt entspricht, wobei für die an der Mittelanzapfung 37 des Ohm'schen Zweiges 23 abgreifbare Wechselspannung U_R die Beziehung gilt:

U_R = (U₀sinωt)R2/(R1 + R2) (1)

Die Einstellbarkeit des Verhältnisses R1/R2 der Wider standswerte der Ohm'schen Widerstände 24 und 26 der Meß brücke 18 kann dadurch realisiert sein, daß mindestens einer dieser beiden Widerstände als einstellbarer Wider stand ausgebildet ist, wie in ausgezogenen Linien sym bolisch für den zwischen der Mittelanzapfung 37 des Ohm'schen Brückenzweiges 23 und der Schaltungsmasse 28 liegenden Widerstand 26 dargestellt, oder daß beide Ohm'sche Widerstände 24 und 26 des Ohm'schen Brücken zweiges als Einstell-Widerstände ausgebildet sind und dann zweckmäßigerweise, wie gestrichelt dargestellt, durch ein einziges Widerstands-Potentiometer 38 mit einem die Mittelanzapfung 37 bildenden Schleifkontakt realisiert sind, so daß der Gesamtwiderstand des Ohm'schen Brückenzweiges, unabhängig vom Widerstands verhältnis R1/R2 konstant ist.

Auch der kapazitive Zweig 22 der Meßbrücke 18 bildet einen (Wechsel-)Spannungsteiler, an dessen Mittelan zapfung 32 im Überwachungsbetrieb der Meßbrücke 18 eine Wechselspannung U_c abgreifbar ist, die um einen durch die Kondensatoren 19 und 21 des kapazitiven Zweiges 22 der Meßbrücke bedingten Bruchteil niedriger ist als die Wechselspannungs-Ausgang 27 der elektronischen Steuer einheit 17 abgegebene Betriebs-Wechselspannung, mit der die Meßbrücke 18 gespeist wird. Auch für den durch den Sonden-Kondensator 19 und den Referenzkondensator 21 gebildeten kapazitiven Brückenzweig 22 gilt für die an seiner Mittelanzapfung 32 abgreifbare Wechselspannung eine Beziehung der Form

U_csinωt = (U₀sinωt)Zs/Z (2),

in der mit Zs der Wechselstromwiderstand des Sondenkon densators 19 und mit Z der Gesamt-Wechselstromwider stand des kapazitiven Brückenzweiges 22 bezeichnet sind, der seinerseits durch die Beziehung

Z = Z_s + Z_ref (3),

gegeben ist.

Die Kapazitäts-Meßbrücke ist abgestimmt, wenn die Effektivwerte U_Reff und U_Ceff der an ihren Mittelanzap fungen 37 bzw. 32 abgreifbaren Wechselspannungen einan der gleich sind.

Die Mittelanzapfungen 32 und 37 des kapazitiven Zweiges 22 und des Ohm'schen Zweiges 23 der Meßbrücke 18 sind mit je einem Vergleichseingang 39 bzw. 41 der elektro nischen Steuereinheit 17 verbunden, die aus einer ver gleichenden Verarbeitung ihr zugeleiteter Signale die für den Abstands-Regelungsbetrieb erforderlichen An steuersignale für die Höhen-Stelleinrichtung 16 er zeugt, und aus einer im Prinzip zeitlich differenzie renden Verarbeitung von Spannungs-Signalen, die ihr an dem kapazitiven Zweig 22 der Meßbrücke 18 zugeord neten Kapazitätsvergleichseingang 39 zugeleitet sind, eine Funktionsüberwachung der Brennschneidmaschine 10 dahingehend vermittelt, ob die Schneidflamme brennt oder nicht, sowie dahingehend, ob bei brennender Flamme der Brennstrahl das Werkstück 11 durchdringt oder nicht.

Hinsichtlich der mit ergänzendem Bezug auf die Block schaltbilddarstellung der Fig. 2 nachfolgenden Erläute rungen durch die elektronische Steuereinheit 17 ver mittelter Überwachungs- und Regelungsfunktionen wird davon ausgegangen, daß durch deren Erläuterung auch der elektronisch-schaltungstechnische Aufbau der elektro nischen Steuereinheit 17 hinreichend detailliert er läutert ist, der einem einschlägig vorgebildeten Fach mann bei Kenntnis des Zweckes der elektronischen Steuer einheit ohne weiteres möglich ist. Beispielsweise kann die elektronische Steuereinheit mittels eines Mikro prozessors realisiert sein, der auf die Steuerung der nachfolgend im einzelnen erläuterten Funktionen pro grammiert ist.

Die elektronische Steuereinheit 17 ist auf einen Zwei- Kanal-Betrieb der Meßbrücke 18 mit zwei Wechselspan nungen der unterschiedlichen Frequenzen f_H und f_L und allgemeinen auch verschiedener Werte der Spannungs- Amplituden U_H0 und U_L0 ausgelegt. Sie umfaßt eine im Hochfrequenz (HF)-Bereich (5 MHz bis 50 MHz) arbeitende, erste Wechselspannungs-Generatorstufe 42 und eine im niedriger-frequenten (LF) Frequenzbereich (10 kHz bis 100 kHz) arbeitende, zweite Wechselspannungs-Generator stufe 43.

Zur Weiterleitung der von den beiden Generatorstufen, die als kontinuierlich arbeitend vorausgesetzt sind, abgegebenen Wechselspannungen U_H = U_H0sin ω_Ht sowie U_L = U_L0 sin ω_Lt zum Wechselspannungsausgang 27 der elek tronischen Steuereinheit 17 ist eine insgesamt mit 44 bezeichnete Umschalt-Stufe vorgesehen, über die zeit periodisch alternierend der Wechselspannungs-Ausgang 27 mit den Spannungs-Ausgängen der Generatorstufen 42 und 43 elektrisch leitend verbunden ist und dadurch deren Ausgangsspannungen U_H bzw. U_L in die Meßbrücke 18 einge koppelt sind. Es versteht sich, daß anstelle von Wechsel spannungen mit sinusoidalem Zeitverlauf auch solche mit anderem, z. B. "rechteckwellenförmigem" periodischem Zeit verlauf benutzt werden können, deren Erzeugung mit digi tal-elektronischer Schaltungstechnik weniger aufwendig ist, als diejenige sinusoidaler Wechselspannungen.

Die Umschaltstufe 44 umfaßt eine elektronisch gesteuer te Weiche 46 mit einem mit der Hochfrequenzgenerator stufe 42 verbundenen HF-Eingang 47 und mit einem mit der Niederfrequenz-Generatorstufe 43 verbundenen LF-Eingang 48 sowie einem für die beiden Wechsel-Span nungen unterschiedlicher Frequenz gemeinsamen Wechsel spannungsausgang 49, der, gesteuert durch Takt-Ausgangs impulse eines Taktgenerators 51 alternierend mit dem HF-Eingang 47 und dem LF-Eingang 48 der Weiche 46 elek trisch leitend verbindbar ist.

Für das dargestellte, spezielle Ausführungsbeispiel, zu dessen Erläuterung auch auf das Impulsdiagramm der Fig. 2b Bezug genommen sei, sei vorausgesetzt, daß das Taktgeber-Ausgangssignal eine durch den ersten Impuls zug 52 der Fig. 2b qualitativ wiedergegebene Folge von Hoch-Pegel- und Niedrig-Pegel-Rechteck-Spannungsimpulsen 53 bzw. 54 gleicher, jeweils der Hälfte der Perioden dauer T entsprechender Impulsbreite T/2 ist, und daß die Weiche 46, solange ein Hoch-Pegel-Impuls 52 des Takt gebers 51 an ihrem Steuereingang 56 ansteht, in denjeni gen Schaltungs-Zustand gesteuert ist, in dem ihr Aus gang 49 mit dem Hochfrequenz-Eingang 47 verbunden ist, und, solange an ihrem Steuereingang 56 das Niedrig-Pe gel-Ausgangssignal des Taktgenerators 51 ansteht, in denjenigen Zustand gesteuert ist, in dem der Weichenaus gang 49 mit dem Niederfrequenz-Eingang 48 verbunden ist.

Der Taktgenerator 51 arbeitet mit einer Impulsfolgefre quenz f_t, die sehr viel niedriger sein kann als die Fre quenz f_L, mit der die niederfrequente Spannungs-Generator stufe 23 arbeitet, wobei typische Werte der Taktgene ratorfrequenz zwischen 2 Hz und 100 Hz betragen.

Die Umschaltstufe 44 umfaßt weiter einen Inverter 57, der an den Ausgang 58 des Taktgebers 51 angeschlossen ist und ein zu dessen Ausgangssignal 52 gegenphasiges Spannungs-Ausgangssignal erzeugt, dessen Zeitverlauf qualitativ durch den zweiten Impulszug 59 der Fig. 2b wiedergegeben ist.

Des weiteren umfaßt die Umschaltstufe ein an den Ausgang 58 des Taktgebers 51 angeschlossenes Zeitverzögerungs glied 61, das ein durch den dritten Impulszug 62 der Fig. 2b repräsentiertes Spannungs-Ausgangssignal er zeugt, das hinsichtlich der Impulsbreiten seiner Hoch- Pegel-Impulse 53' und seiner Niedrig-Pegel-Impulse 54' dem Spannungs-Ausgangssignal 52 des Taktgenerators ent spricht, gegenüber diesem Ausgangssignal 52 jedoch um eine kleine Zeitspanne δt zeitverzögert ist, wobei diese kleine Zeitspanne δt im Bereich von einigen Pro zenten, z. B. 5% der Periodendauer T des Takt-Generator- Ausgangssignals 52 liegt.

Aus einer konjunktiven Verknüpfung des Taktgenerator- Ausgangssignals 52 mit dem diesem gegenüber zeitver zögerten Ausgangssignal 62 des Zeitverzögerungsgliedes 61, die im Blockschaltbild der Fig. 2a durch das UND-Ver knüpfungsglied 63 repräsentiert ist, wird die durch den vierten Impulszug 64 der Fig. 2b repräsentierte Folge von Hochpegel-Impulsen 66 generiert, für deren Dauer ein Tor-Glied 67 auf Durchlaß geschaltet ist, über das in dessen elektrisch leitendem Zustand der Aus gang 49 der Weiche 46 mit dem Wechselspannungs-Ausgang 27 der elektronischen Steuereinheit elektrisch leitend verbunden ist.

Die Folge dieser UND-Verknüpfung des Takt-Generator-Aus gangssignals 52 und des gegenüber diesem geringfügig zeitverzögerten Ausganssignals 62 des Zeitverzögerungs gliedes 61 ist, daß Zeitspannen, in denen das hochfre quente Ausgangssignal U_H der Hochfrequenz-Generator stufe 42 in die Meßbrücke 18 eingekoppelt ist, und Zeitspannen, in denen das niederfrequente Ausgangssig nal U_L der Niederfrequenz-Generatorstufe 43 in die Meß brücke 18 eingekoppelt ist, jeweils um Tot-Zeitspannen der Dauer δt gegeneinander abgesetzt sind.

Zur Ansteuerung der Höhen-Verstelleinrichtung 16 des Abstands-Regelkreises ist eine insgesamt mit 71 bezeich nete Steuerstufe vorgesehen, die an einem Steuerausgang 72 der elektronischen Steuereinheit 17 ein Steuerspannungs signal abgibt, durch das die Höhen-Verstelleinrichtung 16 in den Brenner-Absenkungsbetrieb gesteuert wird, wenn eine Ausgangs-Signalkombination der Meßbrücke 18 vor liegt, die anzeigt, daß die Kapazität C_S des Sondenkon densators 19 kleiner ist als sie beim Sollwert a_s des Brenner-Abstandes vom Werkstück 11 wäre, und an diesem Steuerausgang 72 ein Steuer-Ausgangssignal zur Anhebung des Brenners 12 abgibt, wenn eine Ausgangssignalkombina tion der Meßbrücke 18 vorliegt, die anzeigt, daß der Brennerabstand kleiner ist als der Abstand-Sollwert a_s, d. h. der Kapazitätswert C_s des Sondenkondensators 19 größer ist als er beim Abstands-Sollwert a_s wäre.

Zum Zweck der Erläuterung sei angenommen, daß die Höhen- Verstelleinrichtung 16 als Spindel-Trieb mit elektrisch ansteuerbarem Antriebs-Motor 73 Fig. 1 mit umkehrbarer Drehrichtung ausgebildet ist, und daß dieser Antriebs- Motor 73 durch ein Negativ-Spannungs-Ausgangssignal am Steuerausgang 72 in Aufwärts-Bewegungsrichtung des Bren ners 12 angesteuert ist und in Abwärts-Bewegungsrichtung, wenn am Steuerausgang 72 ein Plus-Spannungssignal an steht.

Die Steuerstufe 71 umfaßt einen Komparator 74, dem an einem ersten, analogen Vergleichseingang 76 das an der Mittelanzapfung 32 des kapazitiven Zweiges 22 der Meß brücke 18 abgegriffene Wechselspannungssignal U_c und an einem zweiten analogen Vergleichseingang 77, das an der Mittelanzapfung 37 des Ohm'schen Zweiges 23 der Meß brücke 18 abgegriffene Wechselspannungssignal U_R zuge leitet sind.

Dieser Komparator 74 wird durch die Taktgeber-Ausgans impulse 52 derart gesteuert, daß er einen Vergleich seiner Eingangssignale U_C und U_R nur während der Zeit spannen der Dauer T/2 der Hoch-Pegel-Ausgangsimpulse 53 des Taktgenerators 51 durchführt und an einem ersten digitalen Ausgang 78 ein Hoch-Pegel-Signal 79 abgibt, wenn und solange der Vergleich der Eingangssignale U_C und U_R ergibt, daß der Brennerabstand a vom Werkstück 11 kleiner ist als der Sollwert a_s, und an einem zwei ten digitalen Ausgang 81 ein Hoch-Pegel-Signal 82 ab gibt, wenn und solange der Vergleich ergibt, daß der Abstand a des Brenners 12 vom Werkstück 11 größer ist als der Abstands-Sollwert a_s.

Durch diese Art der Betriebssteuerung des Komparators 74 wird erreicht, daß nur die Hochfrequenz-Wechselspan nungs-Ausgangssignale der Meßbrücke 18 zur Abstandsrege lung genutzt werden.

Der erste digitale Ausgang 78 des Komparators 74 ist mit dem einen Eingang 82 eines ersten Zwei-Eingangs-UND-Glie des 83 verbunden, dem an seinem zweiten Eingang 84 das Taktgeber-Ausgangssignal 52 zugeleitet ist, so daß das Ausgangs-Signal dieses UND-Gliedes 83 ein Hoch-Pe gel-Signal ist, wenn und solange an seinen beiden Ein gängen 82 und 84 Hoch-Pegel-Signale anstehen.

Der zweite digitale Ausgang 81 des Komparators 74 ist mit dem einen Signaleingang 86 eines zweiten Zwei-Ein gangs-UND-Gliedes 87 verbunden, dem an seinem zweiten Eingang 88 ebenfalls das Taktgeber-Ausgangs-Signal 52 zugeleitet ist, so daß das Ausgangs-Signal dieses zwei ten UND-Gliedes 87 ein Hoch-Pegel-Signal ist, wenn und solange der Brennerabstand a größer ist als der Soll wert a_s dieses Abstandes, und das Taktgeber-Ausgangs signal 52 ein Hoch-Pegel-Signal 53 ist.

Die Ausgänge 89 und 90 der beiden UND-Glieder 83 und 87 sind über je ein abfallverzögerndes Zeitglied 91 bzw. 92 mit je einem diesen einzeln zugeordneten Steuerein gang 93 bzw. 94 einer Treiberstufe 96 verbunden, die über den Steuerausgang 72 der elektronischen Steuerein heit 17 ein Negativ-Spannungs-Ausgangssignal definier ten Pegels abgibt, wenn und solange an ihrem ersten Steuereingang 93 ein Hoch-Pegel-Spannungssignal ansteht und am Ausgang 72 der elektronischen Steuereinheit ein Plus-Spannungs-Signal definierten Pegels abgibt, wenn und solange an ihrem zweiten Steuereingang 94 ein Hoch- Pegel-Steuersignal ansteht.

Die Zeitverzögerungs-Glieder 91 und 92 sind so ausge legt, daß der Abfall ihrer Ausgangsimpulse gegenüber Abfall der Ausgangsimpulse der UND-Glieder 83 und 87 um etwa und annähernd die Hälfte der Periodendauer der Taktgeber-Ausgangsimpulse 52 verzögert ist, so daß, solange die an den digitalen Ausgängen 78 und 81' des Komparators 74 abgegebenen Hoch-Pegel-Signale 79 oder 82 alternativ anstehen, die am Ausgang 72 der Steuerein heit abgegebenen Steuerspannungen praktisch zeitlich konstant sind, wodurch eine raschest-mögliche Annähe rung der Position des Brenners an den Soll-Abstand a_s erreicht wird.

Im Verlauf von Abstands-Regelspielen innerhalb der Steuerstufe 71 auftretende Signalkombiantionen und deren zeitliche Relation sind qualitativ dem Impuls diagramm der Fig. 2c entnehmbar, durch deren ersten "untersten" Impulszug 52 der Zeitverlauf des Taktgeber- Ausgangssignals repräsentiert ist. Im zweiten Impulszug 97 und im dritten Impulszug 98 dieses Impulsdiagramms sind mögliche Zeitverläufe der an den digitalen Aus gängen 78 und 81 des Komparators 74 abgegebenen Hoch- Pegel-Signale 79 und 81' wiedergegeben. Der vierte Impulszug 99 und der sechste Impulszug 101 geben quali tativ den Zeitverlauf der an den Ausgängen 89 und 90 der beiden UND-Glieder 83 und 87 auftretenden Ausgans impulse wieder, aus denen die durch den fünften Impuls zug 100 und die durch den siebten Impulszug 102 repräsen tierten Ausgangsimpulse der Zeitverzögerungsglieder 91 bzw. 92 resultieren. Die mit den Ausganssignalen 100 und 102 der Zeitverzögerungsglieder 91 bzw. 92 zeitlich korrelierten Negativ-Spannungs-Steuerimpulse 103 und Positiv-Spannungs-Impulse 104 der Treiberstufe 96 sind schließlich durch den achten Impulszug 106 des Dia gramms der Fig. 2 wiedergegeben.

Die elektronische Steuereinheit 17 umfaßt weiter eine insgesamt mit 110 bezeichnete Überwachungsstufe, die anhand einer Auswertung der niederfrequenten Spannungs- Ausgangssignale der Meßbrücke 18, die an der Mittelan zapfung 32 des kapazitiven Brückenzweiges 22 und an der Mittelanzapfung 37 des Widerstandes-Zweiges 23 der Meß brücke 18 abgreifbar sind, erkennt, ob

a) die Brennerflamme 111 brennt und der Brennschneidvor gang ordnungsgemäß verläuft, d. h. der zentrale Sauer stoffstrahl das Werkstück durchdringt, oder ob
b) die Brennerflamme 111 zwar brennt, der zentrale Sauer stoffstrahl das Werkstück 11 jedoch nicht durchdringt, sondern sich an dessen Oberfläche gleichsam verteilt, oder ob
c) die Brennerflamme erloschen ist, während der Brenner 12 durch die hochfrequente Regelung auf seinen Soll- Abstand a_s eingeregelt ist.

Die Überwachungsstufe 110 umfaßt eine Eingangs-Tor- Schaltstufe 112, der an einem ersten Eingang 113 die an der Mittelanzapfung 32 des kapazitiven Zweiges 22 der Kapazitätsmeßbrücke abgreifbaren Wechselspannungssig nale U_C(ω_L, ω_H) und an einem zweiten Eingang 114 die an der Mittelanzapfung 37 des Widerstandszweiges 23 der Meßbrücke 18 abgreifbaren Wechselspannungssignale U_R(ω_L, ω_H) zugeleitet sind.

Die Eingangs-Tor-Schaltstufe 112 ist mittels der Aus gangs-Impulsfolge 59 des Inverters 57 der Umschaltstufe 44 derart angesteuert, daß sie über separate Ausgänge 116 und 117 nur diejenigen Wechselspannungen U_C(ω_L) und U_R(ω_L) weiterleitet, die an den Mittelanzapfungen 32 und 37 des kapazitiven Zweiges 22 bzw. des Ohm'schen Zweiges 23 der Meßbrücke 18 anstehen, wenn in diese über die Umschaltstufe 44 die niederfrequente Ausgangs spannung der (LF)-Generatorstufe 43 eingekoppelt ist.

Die analogen Ausgangs-Wechselspannungen U_C(ω_L) und U_R(ω_L) der Eingangs-Tor-Schaltstufe 112 sind separaten Wechselspannungs-Eingängen 118 und 119 einer Verar beitungsstufe 121 zugeleitet, die auf der Basis variabler Eingaben, nämlich zumindest des Sollwertes a_s des Brenner abstandes und der Art des Brennergases, sowie auf der Basis der bekannten schaltungstechnischen Auslegungs daten der Meßbrücke 18 und der Generatorstufen 42 und 43 Spannungs-Kennwerte ermittelt, die für ordnungsge mäße und fehlerhafte Funktion der Brennschneid-Anlage charakteristisch und signifikant verschieden sind und aus dem Vergleich dieser Spannungs-Kennwerte mit den Eingangs-Wechselspannungen bzw. von diesen abgeleiteter Spannungen Ausgangssignale zur Anzeige von Fehlfunktio nen und/oder zur selbsttätigen Steuerung von Sicherungs funktionen erzeugt.

Die Verarbeitungsstufe 121 vermittelt bei dem zur Er läuterung gewählten Ausführungsbeispiel die folgenden Funktionen, durch deren Erläuterung auch der schaltungs technische Aufbau der Verarbeitungsstufe 121 als hin reichend detailliert geschildert angesehen werden soll.

Mit dem Einsetzen der Abstandsregelung, d. h., sobald der Brenner 12 den Soll-Abstand a_s erreicht hat und die ser sich nur noch innerhalb geringfügiger Regelabwei chungen ändert, mit den Spannungsänderungen um kleine Beträge δU an den Mittel-Anzapfungen 32 und 37 des kapa zitiven Brückenzweiges 22 bzw. des Ohm'schen Brücken zweiges 23 verknüpft wird, generiert die Verarbeitungs stufe 121 aus einer vergleichenden Verarbeitung ihrer Eingangssignale U_C und U_R, z. B. durch Differenzbildung, an einem ersten Ausgang 122 abgegebenes Hoch-Pegel- Ausgangssignal 123 (Fig. 2d), das ansteht, wenn die Differenz ΔU_CR = U_C - U_R der Eingangsspannungen U_C und U_R Betrage nach kleiner ist als ein Schwellenwert ΔU_s, der seinerseits nur geringfügig größer ist als der relegungsbedingte Variationsbereich δU_s der Ein gangsspannungen.

Dieses Hoch-Pegel-Ausgangssignal 123 ist ein Indiz da für, daß die Brennerflamme 111 entweder noch nicht brennt, oder wieder erloschen ist.

Aus einem Vergleich der Differenzspannung U_R - U_C mit einem Mindest-Schwellenwert ΔU_B der Differenzspannung, der sich im Niederfrequenz-Betrieb der Meßbrücke er gibt, wenn der Brenner-Abstand a_s im Hochfrequenz-Be trieb der Meßbrücke 18 eingeregelt wird, erzeugt die Verarbeitungsstufe 121 ein Hoch-Pegel-Ausgangssignal 124, das an einem zweiten Ausgang 126 der Verarbeitungs stufe 121 ansteht, wenn und solange die Brennerflamme brennt und ihr zentraler Sauerstoffstrahl das Werkstück 11 durchsticht, d. h. ordnungsgemäßer Brennschneidbetrieb gegeben ist, in dem der Betrag R_S des Verlustwiderstan des 127 (Fig. 1) der im Ersatzschaltbild als zum Sonden kondensator 19 parallel geschalteter Ohm'scher Wider stand angesehen werden kann, einen Minimalwert R_Smin hat, der z. B. durch Vorversuche bestimmbar ist oder auch während des Brennschneidbetriebs mittels einer nicht eigens dargestellten Meßanordnung überwacht wer den kann. Ein typischer Wert R_S dieses Verlustwiderstan des 127 liegt bei der angegebenen Auslegung des Sonden kondensators 19 bei etwa 50 kΩ. Sein Betrag ist auch der Art des verwendeten Brenngases (Acethylen oder Propan) abhängig.

Das Anstehen des Hochpegel(U_B)-Ausgangssignals 124 am zweiten Ausgang 126 der Verarbeitungseinheit 121 ist Indiz für ordnungsgemäßen Brennschneidbetrieb.

Aus einem Vergleich des Betrages |ΔU_CR| der Spannungs differenz U_R - U_C mit einem weiteren Schwellenwert ΔU_A, der dem Betrage nach niedriger ist als der Schwellen wert ΔU_B, generiert die Verarbeitungsstufe 121 ein weiteres Hochpegel (U_A)-Ausgangssignal 128, das an einem dritten Ausgang 129 der Verarbeitungsstufe ab gegeben wird, wenn und solange die Spannungsdifferenz ΔU_CR dem Betrage nach größer ist als der Differenz spannungs-Schwellenwert ΔU_A.

Auch das U_A-Ausgangssignal der Verarbeitungsstufe 121 ist ein Indiz dafür, daß die Brennerflamme 111 brennt. Der Spannungs-Schwellenwert ΔU_A wird zweckmäßigerweise möglichst niedrig, d. h. einem kleinen Bruchteil des Schwellenwertes ΔU_B entsprechend gewählt, selbstver ständlich jedoch in einem hinreichenden Störabstand dem Schwellenwert ΔU_S, um den Zustand "Flamme brennt nicht" von dem Zustand "Flamme brennt noch" und diesen von dem Zustand "Flamme brennt ordnungsgemäß" sicher unterscheiden zu können.

Aus einer in der Fig. 2a durch ein Zwei-Ein gangs-UND-Glied 131 mit nicht-negierten Eingängen 132 und 133, denen der eine mit dem zweiten Ausgang 126 und der andere mit dem dritten Ausgang 129 der Verarbeitungs stufe 121 verbunden ist, repräsentierten konjunktiven Verknüpfung der an den beiden Ausgängen 126 und 129 anstehenden Ausgangssignale 124 und 128 generiert die Verarbeitungsstufe ein Ausgangssignal, das als Hoch-Pegel-Signal 134 ansteht, solange der Brennschneidvor gang ordnungsgemäß verläuft. Durch dieses Hochpegel-Aus gangssignal des UND-Gliedes 131 ist ein als SR-Flip-Flop dargestelltes Ausgangs-Glied 136 auf hohen Signal pegel 135 setzbar, das durch ein am ersten Ausgang 122 der Verarbeitungsstufe 121 abgegebenes Hoch-Pegel-Aus gangssignal 123 wieder auf niedrigen Ausgangssignal-Pe gel zurücksetzbar ist. Durch eine weitere konjunktive Verknüpfung der am zweiten und am dritten Ausgang 126 und 129 der Verarbeitungsstufe 121 abgegebenen Ausgangs signale 124 und 128, die in der Fig. 2a durch ein Zwei- Eingangs-UND-Glied 137 repräsentiert ist, das einen mit dem zweiten Ausgang 126 der Verarbeitungsstufe 121 ver bundenen, negierten Eingang 138 und einen mit dem dritten Ausgang 129 der Verarbeitungsstufe 121 verbundenen nicht- negierten Eingang 139 hat, wird, als Hoch-Pegel-Signal 141, ein Steuersignal gewonnen, durch das die Höhen-Ver stelleinrichtung 16 im Sinne eines Anhebens des Bren ners 12 gegenüber dem Werkstück 11 angesteuert wird und der Abstands-Regelungsbetrieb abgeschaltet wird. Mit der ansteigenden Flanke 142 dieses Hoch-Pegel-Signals 141 ist wiederum ein als Flip-Flop dargestelltes Aus gangsglied 143 auf hohen Ausgangssignal-Pegel setzbar, das, z. B. durch das Ausgangssignal eines nicht darge stellten Endschalters, der betätigt wird, wenn der Bren ner 12 eine obere Endstellung erreicht hat, wieder auf niedrigen Ausgangssignal-Pegel zurückgesetzt wird.

Aus einer konjunktiven (UND-)Verknüpfung 140 des wäh rend der Brenner-Aufwärtsbewegung als Hoch-Pegel-Signal anstehenden Ausgangssignals 145 des Ausgangsgliedes 143 mit dem am dritten Ausgang 129 der Verarbeitungsstufe 129 abgegebenen Ausgangssignal 128 ist ein Signal 144 (Fig. 2d) zur Abschaltung des Brenners 12 gewinnbar, das solange ansteht, bis der Brenner 12 abgeschaltet ist und hierauf zusammen mit dem ΔU_A-Ausgangssignal 128 der Verarbeitungsstufe 121, das an dessen drittem Aus gang 129 ansteht, abfällt. Im wesentlichen gleichzeitig mit dem Abschalten des Brenners 12, d. h. abgesehen von Laufzeit-Effekten, geht das Ausgangssignal der Verar beitungsstufe 121 an deren erstem Ausgang 122 wieder auf hohen Ausgangssignalpegel über, wodurch das an diesen angeschlossene Ausgangsglied 136 wieder auf niedrigen Ausgangs-Signalpegel zurückgesetzt wird. Die durch die Überwachungsstufe 110 vermittelte Art der Überwachung des Brennschneidvorganges ist deshalb möglich, weil im niederfrequenten Betrieb der Meßbrücke 18 der Einfluß des Verlustwiderstandes 127 auf die Wechselspannung U_C, die über dem Sondenkondensator 19 abfällt, dessen Wechselstrom-Widerstand durch eine Beziehung der Form:

angegeben werden kann, signifikant größer ist als im Falle des Hochfrequenz-Betriebes der Meßbrücke 18, in dem der Wechselstromwiderstand des Sondenkondensators 19 durch Änderungen des Verlustwiderstandes 127 nicht nennenswert beeinflußt ist, da der Blindwiderstand des Sondenkondensators 19 im Hochfrequenz-Betrieb sehr viel kleiner ist als sein Verlustwiderstand R_S, im Unter schied zum Niederfrequenzbetrieb der Meßbrücke 18, in dem der Blindwiderstand des Sondenkondensators und sein Verlustwiderstand vergleichbare Beträge haben können.

Bei der in der Fig. 3 dargestellten, insgesamt mit 146 bezeichneten elektrischen Zündeinrichtung wird die mit dem Brenner 12 auf- und abbewegbare Sonden-Elektrode 28 des Sondenkondensators 19 als Zündelektrode ausgenutzt. Als Zündstromquelle dient ein Zündkondensator 147 re lativ hoher Kapazität von z. B. 10 000 µF, der über einen Ladeschalter 148 an eine Gleichspannungsquelle 149 anschließbar und auf deren Ausgangsspannung von z. B. 40 Volt aufladbar ist. Der Basis-Anschluß 151 des Zündkondensators 147 ist elektrisch leitend mit der Schaltungsmasse 28 verbunden, mit der auch das Werk stück 11 und die ihrerseits aus elektrisch leitendem Material bestehende Brennerdüse bzw. das Brennergehäuse elektrisch leitend verbunden sind.

Der Nutz(Plus)-Spannungsanschluß 152 des Kondensators 147 ist über einen von Hand oder elektrisch betätig baren Wechselschalter 153 mit der flexiblen elektrischen Leitung 31 verbindbar, über die die bewegliche Elektrode 28 des Sondenkondensators 19 in der gestrichelt einge zeichneten Grundstellung des Wechselschalters 153 an die Mittelanzapfung 32 des kapazitiven Brückenzweiges 22 angeschlossen ist. In der in ausgezogenen Linien dar gestellten "Zünd"-Stellung des Wechselschalters 153 liegt die Sondenelektrode 28 des Sondenkondensators 19 auf dem Potential, z. B. 40 V, auf das der Zündkondensa tor 147 aufgeladen ist, ist jedoch von der Mittelan zapfung 32 des kapazitiven Brückenzweiges 22 galvanisch getrennt.

Die ringförmige Sondenelektrode 28 ist am unteren Ende eines als leitender Stab ausgebildeten zwei-armigen Hebel 154 angeordnet, der in einem vertikalen Abstand l₁ von der Düsenöffnung 34 der Brennerdüse 36 um eine in seitlichem Abstand von der zentralen Achse 14 hori zontal verlaufende Achse 156 schwenkbar gelagert ist. Dieser elektrisch leitende zweiarmige Hebel 154 ist im stromlosen Zustand eines Steuermagneten 157 durch die Wirkung einer vorgespannten Druck-Wendelfeder 158, die unterhalb der Schwenkachse 156 an dem längeren Hebelarm 154' des zweiarmigen Hebels 154 angreift, und die Posi tion eines Anschlages 159, an dem der obere, kürzere Hebelarm 154'' der effektiven Länge l₂ abstützbar ist, der in ausgezogenen Linien dargestellten Position gehalten, in der die ringförmige Sondenelektrode 28 ko axial bezüglich der zentralen Längsachse 14 des Bren ners 12 angeordnet ist und ihre Mittelebene 33 in Höhe des Mündungsrandes der Mündungsdüse 34 verläuft.

Der Steuermagnet 157, dessen Anker 161 bei einer Be stromung der Steuermagnet-Wicklung 162 in diese hinein gezogen wird, ist so angeordnet, daß seine zentrale Längsachse 163 in vertikalem Abstand der Länge l₂ des kürzeren Hebelarmes 154'' von der Schwenkachse 156 des zweiarmigen Hebels 154 radial zur zentralen Längsachse 14 des Brenners 12 verläuft.

In der durch die zentrale Längsachse 14 des Brenners 12 und durch die zentrale Längsachse 163 des Steuermagne ten 157 markierten Radialebene ist an der Unterseite der torus-förmigen Sondenelektrode 28 ein zum Brenner hin weisender, nasenförmiger, spitz auslaufender Elek trodenvorsprung 164 angeordnet.

Der Anker 161 des Steuermagneten 157 hat einen den oberen Endabschnitt des zweiarmigen Hebels 154 zwischen diesem und dem Brenner haken- oder ösenförmig umgreifen den, Gelenk-Abschnitt 166, der zusammen mit dem oberen Endabschnitt 167 des zweiarmigen Hebels dessen gelenkige Verbindung mit dem Steuermagnet-Anker 161 vermittelt, daß bei einer Bestromung der Steuermagnet-Wicklung 162 die Sensor-Elektrode 28 eine Schwenkbewegung aus führt, durch die ihr nasenförmiger Elektrodenvorsprung 164, von unten her, in Anlage mit dem Rand der Mündungs öffnung 34 der Brennerdüse gelangt. Dadurch wird der Zündkondensator 147 kurzgeschlossen, und es bildet sich zwischen dem nasenförmigen Elektrodenvorsprung 164 und der Brennerdüse ein Zündfunke aus, der aus der Brenner düse 36 austretendes Gas zuverlässig entflammt. Die hier mit verknüpfte Position der Sensorelektrode 28 und des zweiarmigen Hebels 154 ist in der Fig. 3 gestrichelt eingezeichnet.

Wenn die Sondenelektrode 28, wie insoweit anhand der Fig. 3 erläutert, schwenkbar ist, kann die Brennerflam me 111 in beliebigem Abstand des Brenners vom Werkstück 11 gezündet werden. Erfolgt die Zündung der Brennerflam me in wesentlich größerem Abstand vom Werkstück 11 als Soll-Abstand a_s, kann der Brenner 12, z. B. von Hand, in die Schneid-Position gefahren werden, wonach der abstands-geregelte Brennschneid-Betrieb einsetzt, nach dem erstmalig die Signalkombination der Überwachungsein richtung für ordnungsgemäßen Schneidbetrieb der Brenn schneidmaschine 10 gegeben ist. Ist die Sondenelektro de 28 starr mit dem Brenner 12 verbunden, derart, daß der Elektroden-Ring 28 permanent koaxial mit der zentra len Achse 14 des Schneidbrenners 12 angeordnet ist, ist eine elektrische Zündung der Brennerflamme in der Weise möglich, daß der Brenner bis in unmittelbare Nähe des Werkstücks 11 abgesenkt und durch Kurzschließen des Kondensators 147 ein Lichtbogen entfacht wird, der zwi schen einer vertikal nach unten ragenden, von der Ringel ektrode ausgehenden Spitze 168 und dem Werkstück 11 kurz zeitig brennt und das aus dem Brenner ausströmende Bren ngas in einem radialen Abstand von der zentralen Brenner achse 14 entzündet, wobei dann die Flamme zum Brenner 12 gleichsam zurückspringt und, nachdem eine Signalkom bination der Überwachungseinrichtung vorliegt, die an zeigt, daß die Flamme ordnungsgemäß brennt, zum ab stands-geregelten Brennschneidbetrieb übergegangen wird.

Claims

1. Verfahren zur Überwachung des Schneidbetriebes einer Brennschneidmaschine mit mindestens einem Autogen- Scheidbrenner, der zur Schneidbahn-Verfolgung mit tels eines X- und Y-Koordinatenwagen in den zueinan der rechtwinkligen X- und Y-Koordinaten CN- oder CNC-gesteuert parallel zu dem der Schneidbearbeitung unterworfenen Werkstück verfahrbar ist und mittels eines Z-Koordinatenantriebes auch in der zu den X- und Y-Richtungen senkrechten Z-Richtung motorgesteu ert auf- und ab-verfahrbar angeordnet ist, wobei der Z-Koordinatenmotor das Abstands-Stellglied einer Regelungseinrichtung bildet, durch die der Abstand der Brennerdüse vom Werkstück innerhalb hinnehmbarer Regelabweichungen auf einen im wesentlichen konstan ten, einstellbar vorgebbaren optimalen Wert a_s gere gelt wird, zu dessen Überwachung ein Sonden-Kondensa tor vorgesehen ist, der aus einer durch das aus elek trisch leitendem Material bestehende Werkstück ge bildeten Festelektrode und einer mit dem Brenner mechanisch fest verbundenen und mit diesem auf- und abbewegbaren, gegenüber diesem elektrisch isolierten Sensor-Elektrode besteht und in einer nach dem Prin zip der Erfassung des Wechselstromwiderstandes ar beitenden Kapazitäts-Meßbrücke eine variable Kapazi tät bildet, die im Falle einer als Folge einer Ab standsänderung auftretenden Verstimmung der Brücke durch kompensatorische Ansteuerung des Stellmotors wieder auf den mit dem Soll-Abstand a_s verknüpften Kapazitäts-Wert eingeregelt wird, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) die Meßbrücke (18) wird kontinuierlich oder quasi- kontinuierlich mit einer hochfrequenten Wechsel spannung der Kreisfrequenz ω_H, bei der der Be trag des Wechselstrom-Widerstandes Z des Sonden kondensators (19) weitestgehend unabhängig von seinem Verlustwiderstand R_S ist, sowie mit einer wesentlich niedriger-frequenten Wechselspannung der Kreisfrequenz ω_L betrieben, bei der der Wechselstromwiderstand des Sondenkondensators signifikant durch seinen Ohm'schen Verlustwider stand R_S beeinflußt ist;
b) das hochfrequente Verstimmungs-Ausgangssignal der Meßbrücke (18) wird als Fehlersignal für die Abstandsregelung genutzt;
c) das niederfrequente Verstimmungs-Ausgangssignal der Brücke (18), dessen Betrag bei brennender Flamme signifikant von dem Betrag des Brücken- Ausgangssignals verschieden ist, wenn die Flamme nicht brennt, wird zur Betriebsüberwachung ("Flamme brennt" oder "Flamme brennt nicht") sowie zur Einleitung von Sicherungs- und/oder Steuerungsfunktionen (Abschaltung der Brenngas zufuhr und/oder Hochfahren des Brenners auf großem Abstand vom Werkstück) ausgenutzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein niederfrequentes Brücken-Verstimmungssignal, dessen Pegel sowohl von demjenigen für brennende Flamme als auch von demjenigen für nicht brennende Flamme signifikant verschieden ist und zwischen die sen beiden Signalpegeln liegt, als Anzeigesignal dafür gewertet wird, daß die Flamme zwar brennt, der Schneidvorgang jedoch unterbrochen ist und als Ansteuersignal zur Stillsetzung der X- und Y-Koordi natenantriebe genutzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Brenner (12) während die Flamme (111) noch nicht gezündet ist, in seinen Soll-Ab stand a_s vom Werkstück (11) gefahren wird und in dieser Position das niederfrequente Brücken-Verstim mungssignal gemessen und als Vergleichssignal ge speichert wird, daß hiernach die Brennerflamme (111) gezündet wird und aus einer das niederfrequente Ver stimmungs-Signal zeitlich verfolgenden sowie diffe renzierenden Verarbeitung des Brücken-Verstimmungs signals Spannungs-Vergleichswerte für den Zustand, daß die Flamme brennt, der Brennstrahl durch das Werkstück (11) jedoch noch nicht hindurchtritt, sowie für den Zustand, daß die Flamme brennt und der Brennstrahl durch das Werkstück hindurchtritt, ermittelt und gespeichert werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Brennerflamme (111) schon in einer Position des Brenners (12) gezündet wird, in der sein Abstand a vom Werkstück (11) noch groß gegen den Soll-Abstandswert a_s ist, sodann der Brenner (12), geregelt durch das hochfrequente Brückenausgangssignal, in seine dem Soll-Abstand a_s entsprechende Position gefahren wird und aus einer die zeitliche Entwicklung des niederfrequenten Brücken-Verstimmungssignals verfolgenden sowie differenzierenden Verarbeitung desselben als Ver gleichswerte und für die Betriebssituationen "Flam me brennt, schneidet jedoch nicht" und "Flamme schneidet" diejenigen Verstimmungs-Signalspannungen gespeichert werden, die unmittelbar vor und nach Auftreten des durch Differenziation gewonnenen "Spitzen"-Signals anstehen, das beim Einsetzen des Brennschneidbetriebes auftritt.

5. Einrichtung zur Überwachung des Schneidbetriebes einer Brennschneidmaschine mit mindestens einem Autogen-Schneidbrenner, der zur Schneidbahnverfol gung mittels eines X- und Y-Koordinatenwagens in zueinander rechtwinkligen X- und Y-Koordinaten richtungen parallel zu dem der Schneidbearbeitung unterworfenen Werkstück CN- oder CNC-gesteuert ver fahrbar ist und mittels eines Z-Koordinaten-Antrie bes auch in der zu den X- und Y-Richtungen senkrech ten Z-Richtung motorgesteuert auf- und abverfahrbar ist, wobei der Z-Koordinatenmotor das Abstands- Stellglied einer Regelungseinrichtung bildet, durch die der Abstand der Brennerdüse vom Werkstück inner halb hinnehmbarer Regelabweichungen auf einen im we sentlichen konstanten, einstellbar vorgebbaren opti malen Wert a_s regelbar ist, zu dessen Überwachung Sondenkondensator vorgesehen ist, der aus einer durch das aus elektrisch leitendem Material bestehen de Werkstück gebildeten Festelektrode und einer mit Brenner mechanisch fest verbundenen und mit diesem auf- und abbewegbaren, gegenüber diesem elek trisch isolierten Sensor-Elektrode besteht und in einer nach dem Prinzip der Erfassung des Wechsel stromwiderstandes arbeitenden Kapazitätsmeßbrücke eine variable Kapazität bildet, die im Falle einer Verstimmung der Brücke durch kompensatorische An steuerung des Stellmotors auf den mit dem Sollab stand a_s verknüpften Kapazitäts-Wert regelbar ist, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) es ist ein erster Wechselspannungsgenerator (42) vorgesehen, der eine in die Brücke 18 einkoppel bare Wechselspannung hinreichend hoher Kreisfre quenz ω_H erzeugt, daß der Betrag des Wechsel stromwiderstandes des Meßkondensators (19), ab gesehen von vernachlässigbaren Abweichungen, dem Betrag (1/ω_HC_S) seines Blindwiderstandes ent spricht, sowie ein zweiter Wechselspannungsgene rator (43), der eine ebenfalls in die Brücke (18) einkoppelbare Wechselspannung signifikant niedrigerer Kreisfrequenz ω_L erzeugt, die hin reichend niedrig gewählt ist, daß der einer Parallelschaltung des Sondenkondensators der Kapazität C_S und des bei brennender Flamme sich ergebenden Ohm'schen Verlustwiderstandes R_S entsprechende Betrag |Z_S| = R_S/(1 + R_S ²ω_L ²C_S ²)^½ des Wechselstromwiderstandes des Sondenkondensators bei der niedrigeren Kreisfrequenz ω_L signifikant kleiner ist als der Wert 1/ω_LC_S.
b) es ist ein ausschließlich auf das Hochfrequenz- Verstimmungssignal der Meßbrücke ansprechender Verarbeitungskanal (44, 71) vorgesehen, der den Abstands-Regelungsbetrieb vermittelt;
c) es ist ein zweiter Verarbeitungskanal (44, 110) vorgesehen, der ausschließlich das niederfrequen te Brücken-Verstimmungssignal verarbeitet und auf eine dieses Signal sowohl zeitlich verfolgen de als auch zeitlich differenzierende Verarbei tung ausgelegt ist;
d) der zweite Verarbeitungskanal umfaßt eine Über wachungsstufe (110), die aus einem Vergleich des niederfrequenten Brücken-Verstimmungssignals mit einem für ordnungsgemäßen Brennschneidvor gang charakteristischen Mindestwert ein Steuer signal zum Anheben des Brenners (12) erzeugt, wenn das Verstimmungssignal den Mindestwert unterschreitet.

6. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsstufe (110) bei einem Vorliegen eines Brücken-Verstimmungssignals, das dem Pegel nach zwischen dem für ordnungsgemäße Brennschneidfunktion und dem für nicht brennende Flamme charakteristischen Signal liegt, ein Steuer- Ausgangssignal zur Stillsetzung des Koordinaten- Vorschubantriebes und ggf. zum Hochfahren des Bren ners (12) in großen Abstand vom Werkstück (11) er zeugt.

7. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 5 oder An spruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektro nisch gesteuerte Weichenschaltung (46) vorgesehen ist, die zeitperiodisch alternierend in Funktionszu stände umschaltbar ist, in denen die Ausgangs- Wechselspannungen der beiden Wechselspannungsgene ratoren (42 und 43) alternierend in die Meßbrücke (18) einkoppelbar sind, wobei die Frequenz f_t des Umschalt-Steuersignals (52) signifikant niedriger ist als die Ausgangs-Frequenz f_L desjenigen Gene rators (43) der die niedriger-frequente Wechsel spannung erzeugt, und höchstens 1/100 der Wechsel spannungsfrequenz f_L beträgt.

8. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Weiterleitung der alternie rend hoch-niederfrequenten Ausgangswechselspannungen der Weichenschaltung (46) ein Tor-Glied (67) vorge sehen ist, das zwischen den Übertragungs-Zeit-Inter vallen, in denen entweder die hochfrequente oder die niederfrequente Wechselspannung an seinem Ein gang ansteht, für eine kurze Totzeit δt, die klein gegen die Übertragungszeitspanne T/2 ist und zwi schen 1/100 und 1/10 derselben beträgt, in den sperrenden Zustand gesteuert ist.

9. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselspan nungsgenerator (42) für die hochfrequente Wechsel spannung bei einer Frequenz zwischen 5 MHz und MHz, vorzugsweise einer Frequenz um 20 MHz arbeitet, der Wechselspannungsgenerator (43) für die niedriger frequente Wechselspannung bei einer Frequenz zwischen 20 kHz bis 100 kHz, vorzugsweise bei einer Frequenz 50 kHz, und daß die Zykluszeiten für die Verar beitung der hoch- und niederfrequenten Brücken-Ver stimmungssignale zwischen 0,5 s und 10 ms betragen.

10. Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in einem vom Brenngas durchströmten Bereich zwischen der Elek trode (28) des Sondenkondensators und dem Werkstück (11) oder der Brennerdüse (36, 34) ein kurzzeitig brennender Lichtbogen erzeugbar ist, der durch Kurz schließen eines aufgeladenen Kondensators (147) bei Berührungskontakt zwischen Elektrode und Werkstück oder Elektrode und Brennerdüse auslösbar ist.

11. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Elektrode (28) des Sondenkondensators (19) am Brenner (12) gegen über diesem elektrisch isoliert derart schwenkbar gelagert ist, daß sie in einem Randbereich der Brennerdüse (34, 36) mit dieser in Berührungskon takt bringbar ist.