Sensor for welding and cutting processes

Abstract: 1. A device for guiding a tool on a workpiece (6) in welding and cutting processes with a protective cap (1) facing the workpiece, in which cap a sensor (2) is disposed for detecting the parameters with respect to the workpiece, characterised in that the protective cap (1) has a supply line (3) for supplying a gaseous cooling medium into the protective cap, and in that the cooling medium is discharged from the protective cap via at least one discharge line (4), whose outlet (5) is oriented towards the side facing away from the workpiece (6).

Description: Sensor für Schweiss- und Schneidvorgänge Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1. Diese Vorrichtungen werden für die Automatisierung von Schweiss- und Schneidevorgängen in der Metallbearbeitung eingesetzt. Sie führen ein Werkzeug, wie z.B. einen Schneidbrenner oder eine Schweisselektrode, in einem bestimmten Abstand entlang einer vorbestimmbaren Bahn über ein Werkstück. Ein Ueberblick über den neuesten Stand der Sensor-Technik auf diesem Gebiet ist im Aufsatz von Schmall Karl-Heinz in ¯Automobil-Industrie" 4/82, Seiten 435 bis 442 enthalten. Ein Problem bei diesen Vorrichtungen besteht darin, dass der Sensor sehr hohen Temperaturen ausgesetzt ist, da er möglichst nahe am Werkzeug angeordnet werden muss. Um eine Zerstörung des Sensors oder ggf. eine Verfälschung der Messresultate durch die hohe Temperatur zu vermeiden, ist es daher erforderlich, eine Sensorkühlung vorzusehen. Bisher war es üblich, von aussen z.B. über eine Ringdüse Pressluft auf den Sensor zu blasen. Die Kühlwirkung bei dieser Anordnung ist jedoch relativ gering. Ausserdem entweicht die so ausgeblasene Pressluft in der Ebene des Werkstückes, was zu einer Störung des Arbeitsvorgangs führen kann, indem beispielsweise beim Schweissen Schutzgas weggeblasen wird. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher der Sensor mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad gekühlt werden kann, ohne dass durch den Kühlvorgang der Arbeitsprozess beinträchtigt wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Konstruktion zu vereinfachen, so dass die Vorrichtung auf einfachste Weise ausgetauscht oder justiert werden kann. Diese Aufabe wird erfindungsgemäss mit einer Vorrichtung gelöst, welche die Merkmale im Kennzeichen von Anspruch 1 aufweist. Die Einleitung des Kühlmediums in die Schutzkappe bewirkt eine Kühlung unmittelbar am empfindlichsten Teil selbst, nämlich an der Sensoroberfläche. Durch die separate Zu- und Ableitung des Kühlmediums wird eine zwangsweise Strömung im Innern der Schutzkappe bewirkt. Je nach Aufbau und Art des Sensors können die Zu- und Ableitungen derart angeordnet werden, dass eine optimale Strömung erzielt wird. Wegen der besseren Ausnützung des Kühlmediums kann der Pressluftverbrauch erheblich gesenkt werden. Mit den vom Werkstück weggerichteten Austrittsöffnungen wird erreicht, dass die Strömung des austretenden Kühlmediums den Arbeitsvorgang am Werkstück nicht beeinträchtigt. So wird beim Schneidbrennen die Flamme oder der Lichtbogen nicht gestört und beim Schweissen erfolgt keine Verwirbelung des Schutzgases. Eine besonders vorteilhafte Zu- und Ableitung des Kühlmediums kann erreicht werden, wenn die Schutzkappe einen Abschlussdeckel aufweist und wenn die Zu- bzw. Ableitungen als Bohrungen im Umfangsbereich des Abschlussdeckels ausgebildet sind. Auf diese Weise bleibt das Zentrum für die Befestigung der Sonde und deren Verbindung mit Anschlussleitungen frei. Das Kühlmedium kann etwa vertikal und rund um die Sonde eingeblasen bzw. wieder abgeführt werden. Eine besonders einfache Handhabung der Vorrichtung ergibt sich, wenn die Zufuhr des Kühlmediums wenigstens bis vor den Abschlussdeckel der Schutzkappe über eine Zuleitung erfolgt, welche koaxial mit elektrischen Leitungen zum bzw. vom Sensor angeordnet ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass über einen einzigen Zuleitungsstrang Kühlmedium und elektrische Leitungen an den Sensor herangeführt werden. Beim Justieren oder Auswechseln des Sensors muss daher die Kühlmittelzufuhr nicht speziell berücksichtigt werden. Die Zufuhr kann ausserdem von oben her, also von der kühlsten Zone her erfolgen, so dass kein aufwendiger Wärmeschutz für die Kühlmittelzuleitung erforderlich ist. Die Einleitung des zentral zugeführten Kühlmediums in die Schutzkappe erfolgt besonders vorteilhaft dadurch, dass über den Abschlussdeckel eine Verteilkammer zum Verteilen des Kühlmediums angeordnet ist und dass die Ableitungen vom Abschlussdeckel durch die Verteilkammer hindurch in die Atmosphäre führen. In der Verteilkammer können auch elektrische Leiter angeschlossen werden, welche durch den Abschlussdeckel mit der Sonde verbunden sind. Der Zugang zur Sonde wird erleichtert, wenn die Schutzkappe mit dem Abschlussdeckel verschraubt ist. Ein allenfalls defekter Sensor kann dadurch auf einfachste Weise ausgetauscht werden, ohne dass die Kühlvorrichtung demontiert werden muss. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachstehend genauer beschrieben. Es zeigen: Figur 1 einen Querschnitt in verschiedenen Ebenen durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung, und Figur 2 einen Querschnitt durch die Ebene I-I gemäss Figur 1. Der Sensor 2 beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist beispielsweise ein induktiver Sensor mit Sender- und Empfängerspulen wie er beispielsweise in der EP-A-130 940 beschrieben ist. Die Arbeitsweise des Sensors an sich ist somit dem Fachmann bekannt und wird hier nicht näher beschrieben. Selbstverständlich könnte der Sensor auch eine Vorrichtung sein, welche auf andere Art und Weise Signale aussendet und/oder empfängt, wie insbesondere ein optischer oder ein Ultraschall-Sensor. Der Sensor 2 ist von einer Schutzkappe 1 umgeben, welche zum Schutz gegen die hohen Umgebungstemperaturen vorzugsweise aus einem keramischen Material gefertigt ist. Der Sensor ist gegen die Oberfläche eines Werkstücks 6 gerichtet und läuft dem hier nicht dargestellten Werkzeug voraus. In bestimmten Anwendungsfällen wäre es allerdings auch denkbar, dass Sensor und Werkzeug koaxial aufgebaut sind, beispielsweise indem durch den Sensor axial ein Schneidoder Schweissbrenner geführt ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung müsste die Schutzkappe ersichtlicherweise als Ringkammer ausgebildet sein. Die Schutzkappe 1 ist über eine Schutzkappenfassung 15 mit einem Abschlussdeckel 7 verschraubt. Auf der Unterseite dieses Abschlussdeckels ist auch der Sensor 2 befestigt. Durch diesen Abschlussdeckel 7 verlaufen Bohrungen oder Kanäle für die Zu- bzw. Abfuhr des gasförmigen Kühlmediums. Die Anordnung dieser Kanäle ist insbesondere in Figur 2 ersichtlich und wird nachstehend noch genauer erläutert. Ueber dem Abschlussdeckel 7 ist eine Verteilkammer 9 angeordnet, welche durch einen entfernbaren Zylindermantel 11 gebildet wird. Der Zylindermantel 11 wird am Anschlussflansch 16 von einem aufschraubbaren Feststellring 12 gehalten und ist gegen aussen mittels Dichtungen 13 abgedichtet. Der Anschlussflansch 16 weist einen Gewindehals 17 auf, an dem die ganze Vorrichtung an eine nicht dargestellte Halterung eingespannt werden kann. Der Gewindehals ist mit einer zentralen Bohrung 18 versehen, über welche das Kühlmedium sowie eine elektrische Leitung 8 an den Sensor herangeführt wird. Ein Schlauch 10 für das Kühlmedium ist am Gewindehals 17 befestigt, wobei innerhalb des Schlauches die elektrische Leitung 8 verläuft. Zur besseren mechanischen Stabilität sind der Abschlussdeckel 7 und der Anschlussflansch 16 über Haltebolzen 14 miteinander verbunden, welche der besseren Uebersichtlichkeit halber nur in Figur 2 dargestellt sind. Das zentral zugeführte Kühlmedium gelangt von der Verteilkammer 9 über zwei Zuleitungen 3 durch den Abschlussdeckel 7 hindurch ins Innere der Schutzkappe 1. Der Strom des Kühlmediums ist mit Pfeilrichtung A angedeutet. Die Ableitung des Kühlmediums aus der Schutzkappe 1 erfolgt über Ableitungen 4, welche als Röhrchen ausgebildet sind und vom Abschlussdeckel 7 her durch die Verteilkammer 9 und den Anschlussflansch 16 hindurchgeführt sind. Wie dargestellt sind die Austrittsöffnungen 5 dieser Ableitungen 4 nach oben, also vom Werkstück 6 weg gerichtet, so dass eine Strömung eintritt, die mit Pfeilrichtung B angedeutet ist. Diese Strömung bewirkt keine Beeinträchtigung des Arbeitsprozesses in der Ebene des Werkstückes. Die Strömung dient vielmehr noch der zusätzlichen Kühlung der Halterung für die Vorrichtung sowie des Schlauches 10 mit der elektrischen Leitung 8. Wie insbesondere in Figur 2 dargestellt, sind die Zuleitungen 3, die Ableitungen 4 und die Haltebolzen 14 im Umfangsbereich am Abschlussdeckel 7 angeordnet. Das Zentrum verbleibt so frei für die Durchführung der elektrischen Leitung 8. Ausserdem wird eine günstige Strömung bewirkt. Es wäre jedoch auch denkbar, dass je nach Art und Aufbau des Sensors 2 eine einzige oder eine zusätzliche Zuleitung oder auch Ableitung im Zentrum des Abschlussdeckels 7 angeordnet ist.

Claims: A device for guiding a tool on a workpiece (6) in welding and cutting processes with a protective cap (1) facing the workpiece, in which cap a sensor (2) is disposed for detecting parameters related to the workpiece, and with a supply line (3) for supplying a gaseous cooling medium into the protective cap, characterised in that the protective cap has a sealing lid (7) in which bores are arranged for the supply and discharge respectively of the cooling medium, that the supply of the cooling medium is effected at least to a location upstrean of the sealing lid of the protective cap (1) by way of a supply line which is disposed coaxially with electric leads (8) to and from the sensor respectively, and that discharge of the cooling medium from the protective cap is effected by way of at least one discharge line (4) whose outlet opening (5) is oriented towards the side facing away from the workpiece. A device according to claim 1 characterised in that the bores in the sealing lid are arranged in the circumferential region. A device according to claim 1 or claim 2 characterised in that a distributing chamber (9) for distributing the centrally supplied cooling medium is disposed above the sealing lid (7) and that the discharge lines (4) lead from the sealing lid (7) to the outside through the distributing chamber (9). A device according to one of claims 1 to 3 characterised in that the protective cap (1) is screwed to the sealing lid (7).

Inventors: SCHMALL KARL-HEINZ, SCHMALL, KARL-HEINZ
Applicants: WEIDMUELLER C A GMBH CO, C.A. WEIDMUELLER GMBH & CO.
Application year: 1986
Main classification: G12B15
IPC codes: G12B15, B23K37