专利名称：水蒸气等离子焊炬以及使用水蒸气等离子焊炬的磨损检测和过程控制方法
技术领域：
本发明涉及用于切割工件的水蒸气等离子焊炬，包括液体馈送线路；加 热设备；用于从液体形成气体的蒸发器；可拆卸地连接到活动安装的活塞杆 上的阴极；以及带有用于气体的出口孔的喷嘴。
本发明进一步涉及在切割过程中和切割过程后检测水蒸气等离子焊炬 的阴极的磨损情况的方法，其中所述阴极可拆卸地连接到活塞杆，电弧产生 的热量热耦合到与阴极连接的活塞杆中，以便阴极温度发生变化时，活塞杆 上的温度也发生变化。
此外，本发明涉及检测水蒸气等离子焊炬阳极磨损的方法，所述阳极设 计为带有出口孔的喷嘴，通过借助加热设备和蒸发器蒸发经由馈送线路馈送 的液体而形成的气体通过出口孔喷出，所述喷嘴因出口孔扩大而磨损，从而 增大液体流速。
而且，本发明涉及控制借助水蒸气等离子焊炬进行的切割过程的方法， 其中液体经由馈送线路馈送到焊炬，并且液体借助受控加热设备和蒸发器蒸 发成气体。
背景技术：
根据现有技术，特别是EP1522371A1，在等离子焊炬中布置多个例如检 测温度或电压的传感器是已知的。这里，各个传感器连接到等离子焊炬中的 处理器，该处理器进而经由数据线路连接到电流源中的处理器。因此，可以 根据传感器提供的测量值控制切割过程。
这里，不利的是，随着每个传感器安装在其中，且随着处理器以及与之 有关的电子件的集成，等离子焊炬的尺寸增大。这使得等离子焊炬的操作至 少部分地更为困难。而且，在等离子焊炬中使用敏感电子件，也使得干扰风 险增大。此外，在EP1522371A1中尚未描述用于磨损检测的技术方案。
此外，从现有技术已知，控制水蒸气切割设备的焊炬中蒸发液体的蒸发器的温度。
这里，不利的是，经由电弧引入阴极的热量可能以不可预测的方式影响 蒸发器的温度控制，因为在控制蒸发器的温度时并未考虑阴极引入的热量。 因此，焊炬可能过热并损坏。
发明内容
本发明的目的是提供一种水蒸气等离子焊炬，所述焊炬允许进行自动磨 损检测，特别是对阴极和阳极进行自动磨损检测，并且允许改善过程控制， 特别是控制液体操作介质的蒸发。
本发明进一步的目的在于提供一种使用水蒸气等离子焊炬的磨损检测 方法，以及一种使用水蒸气等离子焊炬的过程控制方法。
本发明第一个目的通过以下方式实现至少一个温度传感器布置在活塞
杆内，所述至少一个温度传感器连接到控制单元，以便可以从4企测到的温度 值得出阴极和喷嘴的磨损情况，并且可以影响对水蒸气等离子切割过程的控 制。布置在活塞杆内的至少一个温度传感器检测的温度能让控制单元评估温 度变化，并且可以从温度变化得出水蒸气等离子焊炬的阴极磨损情况。
如果另外设置流速传感器来测量馈送线路中液体的流速，则可以从流速 变化得出喷嘴磨损情况。此外，可以检测加热设备的热输出量，并且可以从 适配于通过喷嘴的流速的热输出量来得出焊炬喷嘴的磨损情况。
关键是，水蒸气等离子焊炬的功能并不受所述至少一个温度传感器的影 响。集成温度传感器并不增大水蒸气等离子焊炬的结构尺寸，因此不会对其 操作带来不利影响。由于具有磨损检测功能，控制单元基本上能持久地获得 有关易损部件即阴极和喷嘴的状态的信息，因此允许一直使用易损部件直到 它们完全磨损。当然，这里保证了切割过程的质量不变。可以向水蒸气等离 子焊炬的使用者相应地显示磨损情况，以便及时掌握磨损部件的变化。这样 显著地使得水蒸气等离子焊炬例如因过热而损坏的风险降到最低，从而显著 延长了焊炬的使用寿命。此外，由于进行早期磨损检测，所以以有利的方式 实现了切割过程的稳定性和质量不受影响。
对活塞杆的温度检测允许以明显更好更快的方式控制水蒸气等离子焊 炬中的热平衡，以使液体操作介质以所需的最小热输出量完全蒸发。因此， 可以显著地排除水蒸气等离子焊炬发生过热，从而可以显著延长焊炬的使用寿命。因此，可以通过本发明的温度传感器监控焊炬温度，以便在达到特定 的温度阈值时，控制单元能够中断切割过程。
权利要求2 - 5的特征确保了精确检测活塞杆温度。
借助于权利要求6-9的方式，有利地实现了以下结果活塞杆的功能 特别是其运动不会受到制约。
根据权利要求IO,以有利的方式实现了以下结果水蒸气等离子焊炬的 热平衡可以通过精确的方式予以控制。
权利要求11的方式的优势在于，其允许获得用于切割过程的稳定电弧。
借助权利要求12的方式，有利地实现了以下结果以可视方式向使用 者显示易损部件需要更换的时点。
本发明的目的还由上述检测水蒸气等离子焊炬的阴极磨损的方法来实 现，其中借助至少 一个布置在活塞杆内的温度传感器检测活塞杆内的温度， 并且借助与温度传感器连接的控制单元评估温度变化，温度变化被认为是阴 极磨损情况的量度。这里，具有优势的是，焊炬所需的预热时间可以精确适 配各种环境条件并且因此可以保持地尽可能短。而且，具有优势的是，可以 显著改善焊炬的动态特性，因为经由阴极的温度传感器，控制单元能在较早 的时点获得有关温度变化的信息。
本发明的目的还通过上述检测阴极磨损情况的方法来实现，其中借助布 置在活塞杆内的至少一个温度传感器来检测活塞杆内的温度，并且借助与温 度传感器连接的控制单元评估温度变化，温度变化被认为是阴极磨损情况的 量度。
本发明的目的还通过上述检测水蒸气等离子焊炬喷嘴磨损情况的方法 来实现，其中测量馈送线路中液体的流速，并且流速变化被认为是喷嘴磨损 情况的量度。
而且，可以检测加热元件的输出量，并且在评估喷嘴的磨损情况时，可 以参考作为液体流速的函数的热输出量。
本发明的目的还通过上述借助水蒸气等离子焊炬进行的切割过程的控 制方法来实现，其中由布置在活塞杆内的至少一个温度传感器检测焊炬活塞 杆内的温度，且取决于活塞杆内的温度来控制加热设备，以确保完全蒸发经 由馈送线路馈送的液体。
权利要求11的方式允许仅在适当接通焊炬的情况下才控制加热设备，以便在拆掉焊炬的情况下，不会在阴极和喷嘴之间和/或在阴极和工件之间施 加威胁生命的电压。
权利要求的进一步的优势可以从说明书中得知。
以下将借助附图更为详细地说明本发明，其中
图1示出了水蒸气切割设备的示例图2示出了水蒸气等离子焊炬的实施方式的截面；
图3示出了水蒸气等离子焊炬的截面，该焊炬包括本发明的位于活塞杆 内的温度传感器；和
图4示出了活塞杆的温度时间曲线的实例，用于在完成焊接过程之后从 温度变化检测阴极磨损。
具体实施例方式
首先，要指出实施例中相同的部件由相同的附图标记指代。 图l示出了带有基部单元2、用于进行水蒸气切割过程的水蒸气切割设 备1。基部单元2包括电流源3、控制单元4和分配给控制单元4的闭锁元 件5。闭锁元件5经由馈送线路8连接到存储器6和水蒸气等离子焊炬7， 以便可以将存储器6中的液体介质或液体9供应给水蒸气等离子焊炬7。经 由连接到电流源3的线路10、 11向水蒸气等离子焊炬7提供电能。
为了冷却水蒸气等离子焊炬7,该焊炬经由冷却回路12连接到液体存储 器14,两者之间可以插置流动控制器13。当焊炬7或水蒸气切割设备1投 入操作时，控制单元4可以启动冷却回路12，从而经由冷却回路12对焊炬 7进行冷却。为了形成冷却回路12,焊炬7经由冷却线路15、 16连接到液 体存储器14。
此外，水蒸气切割设备1可以包括输入和/或输出单元17,经由所述输 入和/或输出单元，可以设置和显示水蒸气切割设备1的大多数不同的参数和 操作模式。经由输入和/或输出单元17设置的参数传递到控制单元4，控制 单元4适当激活水蒸气切割设备1的各个部件。
此外，水蒸气等离子焊炬7可以包括至少一个操作元件18,特别是按钮 19。经由操作元件18,特别是经由按钮19,使用者可以通过激活或禁用按钮19通知焊炬7的控制单元4:将要启动和/或进行水蒸气切割过程。此外， 例如可以经由输入和/或输出单元17调节预设值，特别是针对待切割材料和 所用液体进行调节，以及例如可以预先限定电流和电压的特性曲线。当然， 可以在焊炬7上设置另外的操作元件，经由所述另外的操作元件设定水蒸气 切割设备l的一个或多个操作参数。为此，这些操作元件可以经由线路或总 线系统直接连接到水蒸气切割设备1,特别是连接到其控制单元4。
在促动按钮19之后，控制单元4激活进行水蒸气切割过程所需的各个 部件。例如，首先激活泵(未示出)、闭锁元件5以及电流源3，由此将液体 9经由馈送线路8供应给焊炬7并且将电能供应给焊炬7。接着，控制单元4 将激活冷却回路12, >^人而允许冷却焊炬7。当然，向焊炬7供应液体9还可 以由对焊炬7的冷却提供保证，因为液体9仅在焊炬7中加热到切割过程所 需的温度。作为合理的结果，可以省略包括流动控制器13、液体存储器14 和冷却线路15、 16的冷却回路12。通过向焊炬7提供液体9和电能，利用 适当的高温，液体9在焊炬7中转化为气体20,特别是等离子体。利用从焊 炬7喷出的气体20，可以在工件21上进行切割过程。这里，液体9至少在 加热设备22和蒸发器23的协助下转化为气体20,该加热设备优选由适当的 加热元件构成，而蒸发器优选集成到焊炬7中。
利用焊炬7在工件21上进行切割过程另外还需要电弧33,在图2中详 细示出。电弧33由控制单元4并且通过促动按钮19而引燃，并且电弧在阴 极22和阳极之间燃烧，阴极连接于活塞杆25并因此集成到焊炬7内，而且 优选与电流源3的负极柱相连，阳极由喷嘴26形成并与电流源3的正极柱 连接。当焊炬7靠近工件21时，切断电流源3的正极柱与喷嘴26的连接， 从而由气体20迫使电弧33相应地通过喷嘴26中的出口孔27向外喷射，从 而在阴极24和工件21之间燃烧。为此，工件21与电流源3的正极柱连接。 就是说，当电弧33在阴极24和工件21之间燃烧时，控制单元4适当增大 电流，最终产生等离子喷射流，该等离子喷射流的能量密度高地足够进行熔 化，这正是为什么它可以用来切割工件21的原因。
当借助水蒸气等离子焊炬7分开工件21时，许多部件特别是阴极24和 喷嘴26承受非常高的温度并且承受非常高的电流，因此出现严重磨损。切 割过程的质量强烈依赖于易损部件的磨损程度。因此，集成在焊炬7中的磨 损检测对于质量控制来说非常具有优势。根据本发明，经由至少一个集成在活塞杆25内的温度传感器28来进行 磨损检测。温度传感器28将检测到的温度优选传递到控制单元4，控制单元 4能从温度变化得出有关易损部件磨损情况的结论。这种磨损检测还允许防 止焊炬7出现热过载。
在图3中，示出的焊炬7包括处于活塞杆25内的本发明的温度传感器 28。活塞杆25以及因此阴极24活动安装在焊炬7内。这就是为什么温度传 感器28需要布置在基本上柱状的活塞杆25内的原因，从而它就不会约束活 塞杆25以及与其相连的阴极24的运动。为此，温度传感器28优选为杆状。 优选地，温度传感器28由半导体电阻构成，所述半导体电阻例如是PTC(正 温度系数)电阻，例如PT100。同样，还可以选择温度系数为负的电阻，即 所谓的NTC (负温度系数)电阻。当然，温度传感器28还可以由热元件或 类似物构成。
为了将温度传感器28容纳在活塞杆25内，活塞杆25具有凹部29或孔， 所述凹部或孔的形式对应于温度传感器28的形式。凹部29设置在活塞杆25 的边缘区域内，以便移动活塞杆25所需的元件(例如，弹簧)的空间不会 受到限制。此外，凹部29优选平行于活塞杆25的纵轴线延伸，并且基本上 延伸到阴极24。优选地，温度传感器28夹入或压入凹部29内，并且任选粘 接在其上。
为了允许温度传感器28将检测到的温度传递给控制单元4，温度传感器 28包括电连接部30。在活塞杆安装区域内，这些连接部30通过与阴极24 相对的通道31向外引出，并且可以连接到控制单元4。当然，通道31并不 阻碍活动安装的活塞杆25。
根据本发明，现在仅用这样布置的温度传感器28就能检测阴极24和喷 嘴26的磨损情况。
阴极24的磨损^r测可以如下进行。
在切割过程中，所需电弧33在阴极24和工件21之间燃烧。优选地， 电弧33形成于阴极24接触表面的中心，在该位置，例如由铪制成的销或螺 栓32压入阴极24内。铪或者例如锆或类似物质的电子发射特性导致电弧33 直接施加在螺栓32上。这样保证了切割过程中电弧33稳定。但是，在焊炬 7或水蒸气切割设备1连续进行操作时，螺栓32逐渐磨损，并且电弧33在 螺栓32上形成更深的熔深，因此将更多的能量或热量耦接到阴极24。由于阴极24与活塞杆25例如通过螺紋连接而形成热连接，则在活塞杆25内出 现温度相应升高。这种温度升高例如从约160。C升高到约180°C，由温度传 感器28和控制单元4检测到。温度升高的相应基准数据和基准值存储在控 制单元4中，从而允许从温度升高来推定阴极24的磨损情况。由于温度传 感器28检测的温度至少部分地取决于温度传感器28的位置，因此可以在活 塞杆25内布置例如两个或更多个温度传感器28。控制单元4可以从检测到 的所有温度之中产生例如中值，从而得出关于阴极24的磨损情况的精确结 论。
控制单元4中的基准数据还可以包括例如有关温度升高所持续的时间段 的信息，所述温度升高作为设定的电流强度的函数。如果温度在相对较短的 时间段内快速升高，则表明阴极24磨损严重。例如在温度在60分钟的切割 时间内升高了 7°C-10°C,即为这种情形。
同样，可以将温度阈值存储在控制单元4中，作为基准值，当超过该阈 值时，因焊炬7的原因而停止切割过程，从而允许借助液体9冷却焊炬7。 因此，控制单元4可以采取适当的措施保证切割过程的质量以及防止焊炬7 过热。例如，可以降低切割过程所用的电流，磨损情况可以相应地显示在焊 炬7中的输入和/或输出单元17上，向使用者表示需要更换阴极，或者可以 停止切割过程。
检测磨损阴极24的另 一种可行方法是评估切割过程之后活塞杆25的温 度升高。根据本发明，这可以借助设置于活塞杆25内的温度传感器28来实现。
在切割操作中，从阴极24末梢到活塞杆25的相对端存在热量梯度。这 是因为阴极24被电弧33加热，而活塞杆25被液体9冷却。因此，阴极24 在切割过程之后将不再被加热，并且活塞杆25将不再被冷却，因此平衡或 适应该热量梯度。因此，在切割过程之后，活塞杆25的温度因阴极24中存 储的热量而升高。这种情况可以由温度传感器28来检测，并且由控制单元4 评估，其中还可以作为时间的函数来评估温度升高。这样允许创造性地推定 阴极24的磨损情况。
这种评估特别在短时切割过程，例如持续时间少于10秒的切割过程之 后进行。这样做是需要的，因为仅在特定的时间段之后，例如在约10秒之 后，才调节蒸发器23、阴极24和活塞杆25之间的温度关系，以便可以在切割操作中仅从该时点开始有效地检测磨损情况，如上所述。根据图4，从活
塞杆25处的温度34的时间曲线可以明显看出，仅从时点35开始才能有效 地检测磨损情况。这就是为什么水蒸气等离子焊炬7中的温度在短时切割过 程中一般较高的原因，从而切割操作中磨损检测的基准值在切割过程的大约 前10秒钟内太低而不能检测磨损情况和/或控制单元4将由于过热而停止切 割过程。这种升高的温度归咎于水蒸气等离子焊炬7在空闲或待命过程中具 有例如约190。C的温度。当在时点36按压按钮19时，启动切割过程，活塞 杆25将被冷却，而阴极24将被电弧加热。仅当约IO秒之后在时点37停止 切割过程时，活塞杆25将具有例如约180。C的温度，并且阴极24将被加热 到300。C。正如所知，阴极24的加热效果取决于其磨损情况，并且存储在阴 极24内的热量将在切断之后耦接到活塞杆25。由于存在大约120。C的温度 差异，因此活塞杆25可以被加热到200°C,至少持续较短的时间，正如在温 度曲线38上看到的那样，此后将再次调节例如约19(TC的空闲温度。这种温 度特性被称为所谓的"温度过调"。当阈值39被限定在该温度范围内并存储 在控制单元4内的时候，仅能在一次或多次超过阈值39的情况下才能检测 到阴极24的磨损情况。当温度传感器28测量到已经超过了阈值39—一例如 时点40所示的那样，这可以用作表征阴极24至少开始磨损的量度。这就是 为什么优选需要多次连续超值，即每个短时切割过程有一次超值，来激活磨 损显示的原因。
优选地，除了监控阈值39之外，还评估温度升高的斜率，即温度随时 间的变化。为此，启动定时器，例如当切割过程停止时启动定时器，这仅对 于超过阈值39时进行的磨损检测有效。在这种情况下，达到阈值39所需的 时间将在检测磨损时予以考虑。如果非常快速地超过了阈值，就认为表示阴 极24已经磨损非常严重，而如果非常緩慢地超过了阈值39,则认为表示阴 极24仅轻孩t磨损。对应的比较值可以存储在控制单元4内。
阈值39以及所述的比较值可以适当地适配阴极24和/或活塞杆25的尺 度，即水蒸气等离子焊炬7的功率等级。
切割过程中的磨损检测与短时切割过程后的磨损检测相结合，允许使用 者优选经由磨损显示器在任何时候提供有关阴极24状态的信息。
对喷嘴26的磨损检测如下这样进行。
喷嘴26的出口孔27随着切割过程次数的增加而变得磨损越来越严重，从而出口孑L 27的直径变大和/或在出口孔27周围形成焊接熔池，缩短了出口 孔27的通道长度。进而，这意味着从出口孔27喷出的气体20的量相应增 加。这导致向焊炬7相应馈送更多液体9，这些液体必须在相同的时间段内 蒸发掉。加热设备22相应需要更高的热输出量来蒸发更大量的液体9。根据 本发明，根据温度传感器28检测到的温度来控制热输出量，以下将更为详 细地说明。热输出量与喷嘴26的出口孔27的直径成正比。因此，控制单元 4可以从热输出量方面得到有关喷嘴26磨损情况的结果，并且采取适当措 施，如上所述。
检测喷嘴26磨损情况的另外的可行方法是将流速传感器(未示出)集 成到液体9的馈送线路8中。流速传感器向控制单元4提供相应的数据，控 制单元4可以从流速的增加得出有关喷嘴26磨损情况的结论。但是，正如 所知，喷嘴26的磨损情况取决于许多因素，例如热输出量、电流强度、喷 嘴直径、气流等，在得出有关磨损情况的结"^仑时，控制单元4必须适当考虑 这些因素。优选地，当流速超过标称流速或者流速的标称值约60%的时候， 认为喷嘴26已经磨损了。例如在15ml/min的时候，即为这种情形。
当然，还可以将经由流速传感器的磨损检测与经由热输出量的磨损检测 结合起来，使得针对喷嘴26磨损情况的检测结论更为精确。
根据本发明，集成到活塞杆25内的温度传感器28还可以用来改善热输 出量控制系统。
正如现有技术中已知，液体9用来冷却阴极24和/或活塞杆25,从而一 方面延长它们的使用寿命，并且，另一方面，在蒸汽状态下，液体9用作切 割过程的启动介质。首先，液体9围绕活塞杆25循环，此后通过向加热设 备22提供电流而在蒸发器23中达到蒸汽状态。
为了实现高质量的稳定切割过程，必须注意使液体9完全蒸发而不让焊 炬7过热。本发明中处于活塞杆25内的温度传感器28能精确地控制加热设 备22的热输出量。当在焊炬7完全冷却的情况下启动切割过程时，这是尤 其重要的，因为在这种情况下，焊炬7过热或者焊炬7温度不足的风险特别 高。为了进行切割过程，蒸发器23被加热到大约190。C,从而允许液体9 完全蒸发。这里，前提条件是被电弧33经由阴极24加热的活塞杆25已经 对液体9进行了预热，就好像在正常操作过程中那样。当以"冷"焊炬7和 /或"冷"活塞杆25启动切割操作时，不需要进行预热。因此，蒸发器23必须被加热到明显更高的温度，增大了焊炬7上的热负载。
焊接7和/或蒸发器23预热不充分导致焊炬7温度不足的风险甚至更为 可能出现。这里，给蒸发器23供应了过于冷的液体9，因为过于冷的液体9 尚未被冷活塞杆25预热。换句话说，蒸发器23的温度太低，因为其尚未收 到有关活塞杆25温度的任何信息，但是该信息对于预热液体9来说又是必 须的。因此，蒸发器23的温度太低，以至于不能完全蒸发冷液体9。这就是 为什么液体9积聚在出口孔27的区域中和/或从其喷出的原因，这样对于焊 炬7以及易损部件的使用寿命存在不利影响。
因此，进行本发明的控制，特别是对于切割过程的启动程序的控制，以 便温度传感器28检测到的活塞杆25的温度传递到控制单元4。根据该温度， 控制单元4能够检测有多少被馈送的液体9已经被活塞杆25的温度预热。 这样就得出了加热设备22所需的热输出量，而不会将焊炬7置于过热的风 险之下。在活塞杆25温度过高的情况下，向加热设备22提供较少的电力。 与此相对应，在活塞杆25温度过低的情况下，向加热设备22提供更多电力。 此外，通过选择性地短时增大切割电流(例如，增大IOA)，可以将更多热 量导入活塞杆25，从而降低热输出量，因此确保切割过程稳定和连续。此外， 可以短时降低液体9的流速或压力(例如，降低1巴)，从而必须蒸发较少 的液体9并且因此需要较少的热输出量。
此外，借助温度传感器28，还可以实现焊炬7和/或活塞杆25总是具有 为使切割过程稳定而适当加热液体9所需的温度。据此，也可以检测"冷" 焊炬7,这对于启动切割过程来说尤其重要。
正如所述，这种控制在切割过程的启动阶段尤其重要，因为在这种情况 下，需要快速蒸发液体9来保证切割过程稳定。本发明的控制借助至少一个 温度传感器28保证了切割过程在每个过程阶段都是稳定的。
就是说，本发明的温度传感器28保证了液体9在任何情况下都完全、 必要地蒸发，从而提供了质量优化的切割过程。集成在水蒸气切割设备中的 电力元件(未示出)提供了形成电弧33所需的电流。所谓的保护性端盖监 控装置可以集成到焊炬7中，从而允许电弧33在焊炬7的装配状态下仅仅 是为了安全方面的原因才被引燃。这里，可以仅在检测到阴极24和喷嘴26 之间出现短路时，才能将电力元件解锁和/或才能启动切割过程。这种短路检 测可以由高阻值、低电压的电压源来进行。当然，本发明的磨损检测以及过程控制还可以包括例如在微控制器或类 似物中实现的单独控制。但是，所述控制优选经由控制单元4集中进行。由
于磨损，特别是阴极24和喷嘴26的磨损取决于其他因素，例如热输出量、 电流强度、喷嘴直径、气流等，所以控制单元4还可以在检测磨损时考虑这 些因素。
这里，校准是有利的。特别是，容差极限，例如温度传感器28的容差 极限，或者基准值的插值可能以某种方式干扰所述控制。这就是为什么优选 通过例如校准电阻来校准温度传感器28的原因，由此可以消除或减少特定 干扰因素对于控制的影响，确保精确控制焊炬7的热输出量。
权利要求
1.一种用于切割工件(21)的水蒸气等离子焊炬(7)，包括液体(9)馈送线路(8)；加热设备(22)；用于从所述液体(9)形成气体(20)的蒸发器(23)；可拆卸地连接到活动安装的活塞杆(25)上的阴极(24)；和带有用于所述气体(20)的出口孔(27)的喷嘴(26)，其特征在于，在所述活塞杆(25)内布置至少一个温度传感器(28)，所述至少一个温度传感器(28)连接到控制单元(4)，以便可以从检测到的温度值得出所述阴极(24)和所述喷嘴(26)的磨损情况，并且可以影响对水蒸气等离子切割过程的控制。
2. 如权利要求1所述的水蒸气等离子焊炬(7),其特征在于，所述温 度传感器(28)由半导体电阻、热元件或类似元件构成，所述半导体电阻特 别是PTC (正温度系数)电阻，或者NTC (负温度系数)电阻。
3. 如权利要求1或2所述的水蒸气等离子焊炬(7)，其特征在于，所 述温度传感器(28)布置成基本上平行于所述活塞杆(25)的纵轴线。
4. 如权利要求l-3任一项所述的水蒸气等离子焊炬(7)，其特征在于， 所述温度传感器(28)布置在所述活塞杆(25)的边缘区域中。
5. 如权利要求l-4任一项所述的水蒸气等离子焊炬(7),其特征在于， 所述温度传感器(28)为杆状并设置有连接部(30)。
6. 如权利要求l-5任一项所述的水蒸气等离子焊炬(7),其特征在于， 在所述活塞杆(25)中设置用于所述温度传感器(28)的凹部(29)。
7. 如权利要求6所述的水蒸气等离子焊炬(7)，其特征在于，所述凹 部设计成与所述温度传感器(28)对应。
8. 如权利要求7所述的水蒸气等离子焊炬(7)，其特征在于，所述温 度传感器(28)夹在所述凹部(29)中。
9. 如权利要求5-8任一项所述的水蒸气等离子焊炬(7)，其特征在于，
10. 如权利要求5-9任一项所述的水蒸气等离子焊炬(7)，其特征在于， 所述连接部(30)与所述控制单元(4)连接。
11. 如权利要求1-10任一项所述的水蒸气等离子焊炬(7),其特征在 于，在所述阴极(24)面对工件(21)的接触表面上布置螺栓(32)，优选由铪制成的螺栓(32)。
12. 如权利要求1-11任一项所述的水蒸气等离子焊炬(7)，其特征在 于，所述温度传感器(28)和/或所述控制单元(4)连接到显示器，该显示 器用于显示易损部件的磨损情况，特别是阴极(24)和喷嘴(26)的磨损情 况。
13. —种在切割过程中检测水蒸气等离子焊炬(7)的阴极(24)磨损 情况的方法，所述阴极(24)可拆卸地连接到活塞杆(25),其中电弧(33) 产生的热量热耦合到与所述阴极(24)连接的活塞杆(25),以便阴极(24) 温度变化时所述活塞杆(25)内的温度也发生变化，其特征在于，由布置在 所述活塞杆(25)内的至少一个温度传感器(28)检测所述活塞杆(25)内 的温度，且借助与所述温度传感器(28)连接的控制单元(4)评估温度变 化，以便将所述温度变化作为所述阴极(24)的磨损情况的量度。
14. 如权利要求13所述的磨损情况检测方法，其特征在于，在评估所 述阴极(24)的磨损情况时，考虑切割过程的切割时间。
15. 如权利要求14所述的磨损情况检测方法，其特征在于，将所检测 的温度值与存储在所述控制单元(4)内的作为切割时间函数的温度变化基 准值相比较。
16. 如权利要求13-15任一项所述的磨损情况检测方法，其特征在于， 在切割过程之后，将所述阴极(24)内存储的热量耦接到所述活塞杆(25) 内，在评估所述阴极(24)的磨损情况时，作为时间的函数来考虑由该热量 导致的温度变化。
17. 如权利要求16所述的磨损情况检测方法，其特征在于，将切割过 程之后检测到的作为时间函数的温度变化与存储在控制单元(4)中的作为 时间函数的温度变化基准值进行比较。
18. 如权利要求13-17任一项所述的磨损情况检测方法，其特征在于， 所述阴极(24)的磨损情况在显示器上显示。
19. 一种在切割过程之后检测水蒸气等离子焊炬(7)的阴极(24)磨 损情况的方法，所述阴极(24)可拆卸地连接到活塞杆(25)，其中由电弧(33)产生的并且存储在阴极(24)内的热量热耦合到与所述阴极(24)连 接的活塞杆(25)，以便当所述阴极(24)的温度变化时所述活塞杆(25) 内的温度也发生变化，其特征在于，由布置在所述活塞杆(25)内的至少一个温度传感器(28)检测所述活塞杆(25)内的温度，且借助与所述温度传 感器(28)连接的控制单元(4)评估温度变化，以便将所述温度变化作为 所述阴极(24)的磨损情况的量度。
20. 如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述温度变化由温度升 高引起，其中将所述温度升高与阈值相比较。
21. 如权利要求19或20所述的方法，其特征在于，由所述控制单元评 估所述温度升高的斜率。
22，如权利要求19-21任一项所述的方法，其特征在于，所述控制单元 检测何时超过阈值，并且在超过该阈值预定次数之后将激活磨损显示器。
23. 如权利要求19-22任一项所述的方法，其特征在于，所述阴极(24) 的磨损情况在显示器上显示。
24. —种检测水蒸气等离子焊炬(7)的阳极磨损情况的方法，所述阳 极设计为具有出口孔(27)的喷嘴(26),其中借助加热设备(22)和蒸发 器(23)蒸发经由馈送线路(8)馈送的液体(9)而形成的气体(20)通过 该出口孔(27)喷出，其中所述喷嘴(26)因所述出口孔(27)扩大而磨损， 从而增大所述液体(9)的流速，其特征在于，测量所述馈送线路(8)中的 液体(9)的流速，并且将所述流速的变化作为喷嘴(26)的磨损情况的量 度。
25. 如权利要求24所述的磨损检测方法，其特征在于，将所述流速与 所述流速的阈值比较，该阈值优选比新喷嘴的流速高60%,并且在达到该阈 值时，请求更换喷嘴(26)。
26. 如权利要求24或25所述的磨损检测方法，其特征在于，在显示器 上显示所述喷嘴(26)的磨损情况。
27. 如权利要求24-26任一项所述的磨损检测方法，其特征在于，将检 测到的流速与存储在所述控制单元(4)内的流速基准值进行比较。
28. 如权利要求27所述的磨损检测方法，其特征在于，将所述流速基 准值作为电流强度的函数而存储，并且在评估喷嘴(26)的磨损情况时考虑 所述电流强度。
29. —种检测水蒸气等离子焊炬(7)的阳极磨损的方法，所述阳极设 计为具有出口孔(27 )的喷嘴(26 ),其中借助加热设备(22 )和蒸发器(23 ) 蒸发经由馈送线路(8)馈送的液体(9)而形成的气体(20)通过该出口孔(27)喷出，其中所述喷嘴(26)因所述出口孔(27)的扩大而磨损，从而 增大所述液体(9)的流速，其特征在于，检测所述加热设备(22)的热输 出量，并且在评估所述喷嘴(26)的磨损情况时，考虑作为所述液体(9) 流速函数的所述热输出量。
30. 如权利要求29所述的磨损检测方法，其特征在于，经由馈送给所 述加热设备(22)的电力来确定所述热输出量。
31. 如权利要求29或30所述的磨损检测方法，其特征在于，作为至少 一个温度的函数来控制所述加热设备(22)的所述热输出量。
32. 如权利要求31所述的磨损检测方法，其特征在于，作为所述活塞 杆(25)内的温度以及所述蒸发器(23)内的温度的函数来控制所述加热设 备(22)的所述热输出量。
33. 如权利要求29-32任一项所述的磨损检测方法，其特征在于，在显 示器上显示所述喷嘴(26)的磨损情况。
34. 如权利要求29-33任一项所述的磨损检测方法，其特征在于，将检 测到的所述加热设备(22)的所述热输出量与存储在所述控制单元(4)内 的热输出量基准值进行比较。
35. 如权利要求29-34任一项所述的磨损检测方法，其特征在于，将所 述热输出量基准值作为电流强度的函数进行存储，并且在评估所述喷嘴(26 ) 的磨损情况时，考虑所述电流强度。
36. —种控制由水蒸气等离子焊炬(7)进行的切割过程的方法，其中 流体(9)经由馈送线路(8)馈送到所述焊炬(7),所述液体(9)借助受 控加热设备(22)和蒸发器(23)蒸发成气体(20),其特征在于，借助布 置在活塞杆(25)内的至少一个温度传感器(28)检测所述焊炬(7)的活 塞杆(25)内的温度，且作为所述活塞杆(25)内的温度的函数来控制所述
37. 如权利要求36所述的过程控制方法，其特征在于，检测到的温度 值由所述控制单元(4)处理，该控制单元连接到所述加热设备(22),所述 控制单元(4)因此控制所述加热设备(22)。
38. 如权利要求36或37所述的过程控制方法，其特征在于，考虑存储 在所述控制单元(4)内的基准值，作为检测到的温度值的函数来控制所述 加热设备(22)。
39. 如权利要求36-38任一项所述的过程控制方法，其特征在于，当所 述温度值降低时，所述加热设备(22)的输出量相应增加。
40. 如权利要求36-39任一项所述的过程控制方法，其特征在于，当所 述温度值升高时，所述加热设备(22)的输出量相应减少。
41. 如权利要求36-40任一项所述的过程控制方法，其特征在于，仅当 保护性端盖监控装置发送适当信号时，才控制所述加热设备(22)。
42. 如权利要求36-41任一项所述的过程控制方法，其特征在于，基本 上在启动所述控制过程的同时，由所述控制单元(4)启动电力元件。
全文摘要
本发明涉及一种用于切割工件(21)的水蒸气等离子焊炬(7)，包括液体(9)馈送线路(8)；加热设备(22)；用于从所述液体(9)形成气体(20)的蒸发器(23)；可拆卸地连接到活动安装的活塞杆(25)上的阴极(24)；和带有用于所述气体(20)的出口孔(27)的喷嘴(26)，本发明还涉及与所述水蒸气等离子焊炬(7)一起使用的磨损检测和过程控制方法。为了构造这种包括易损部件检测功能的水蒸气等离子焊炬(7)，至少一个温度传感器(28)布置在所述活塞杆(25)内，所述至少一个温度传感器(28)连接到控制单元(4)，以便可以使用记录的温度值得出所述阴极(24)和所述喷嘴(26)的磨损情况，并且可以影响对水蒸气等离子切割过程的控制。
文档编号H05H1/36GK101516563SQ200780034290
公开日2009年8月26日 申请日期2007年9月14日 优先权日2006年9月15日
发明者沃尔特·米特休梅尔, 黑里贝特·潘泽 申请人:弗罗纽斯国际有限公司