等離子槍的閉環冷卻以改善硬體壽命的製作方法

2023-05-31 04:20:41

等離子槍的閉環冷卻以改善硬體壽命的製作方法
【專利摘要】一種用於等離子槍（2）的水冷卻系統（1），一種用於冷卻等離子槍（2）的方法以及用於增加等離子槍（2）的壽命的方法。系統（1）包括水冷卻器，其被構造和布置來將熱量從被供給至等離子槍（2）的冷卻水中帶走，被構造和布置來監控等離子槍（2）的槍電壓的控制器（7），以及被聯接到該控制器（7）的至少一個流量閥（8），且處於控制器的控制之下來調節冷卻水的流量。當槍電壓下降低於預定值時，該控制器（7）控制該至少一個流量閥（8）來升高等離子槍的溫度和槍電壓。
【專利說明】等離子槍的閉環冷卻以改善硬體壽命
[0001] 相關申請的交叉引用 不適用。
[0002] 關於聯邦政府資助的研究或發展的聲明 不適用。
[0003] 光碟附件的引用 不適用。

【技術領域】
[0004] 本發明的實施例涉及等離子噴槍，且尤其是等離子噴槍的水冷卻。

【背景技術】
[0005] 現有技術中理解到用於熱噴塗的常規等離子槍因隨著時間的電壓衰減而遭受損 失。在電壓上的此衰減的結果是槍的功率水平被減弱，其最後需要更換槍硬體，例如陰極和 陽極元件。電壓衰減能夠被歸結於在陽極的孔內的變化，當等離子弧最後引起不連續，其用 作電荷集中用於弧的附接。隨著其發展，該不連續吸引弧來進一步附接在槍孔中的上遊，由 此減小了等離子弧的長度，結果導致電壓下降。
[0006] 因此，設計者和工程師尋找在等離子槍中的結構的布置和/或操作工藝，使其可 以延遲或校正前述的電壓下降，以便於實現更長的硬體壽命，更好的塗料一致性以及更便 宜的操作成本。
[0007] 使用在常規的等離子槍中的已知的工藝為使用導向冷卻水通過等離子槍來防止 材料和機械的故障，其會由於等離子槍的工作引起的過高的溫度而發生。在常規的等離子 槍中冷卻水系統使用閉環熱交換系統，其中冷卻水循環被形成來將冷卻水引導至槍的需要 冷卻的部分且然後引導水遠離槍的這些部分。在這些已知的應用中，冷卻循環被設置來僅 保持槍的冷卻的恆定水平，即通過預設水的溫度在15° - 18°c的範圍內和冷卻循環的特 定流動。


【發明內容】

[0008] 本發明的實施例是針對在等離子槍中的熱交換水冷卻迴路，其通過常規等離子槍 中的上述已知的冷卻水熱交換器可達到的常規的等離子槍之上增加了等離子槍的硬體和 壽命。
[0009] 本發明的實施例是針對用於等離子槍的水冷卻系統。該系統包括水冷卻器，其被 構造和布置來從被提供至等離子槍的冷卻水中帶走熱量，控制器被構造和布置來監控等離 子槍的槍電壓，以及至少一個流量閥，其被聯接至控制器且處於其控制之下來調節冷卻水 的流動。當槍電壓下降低於預定值時，該控制器控制該至少一個流量閥來增加槍的溫度和 槍電壓。
[0010] 依照實施例，水冷卻器能夠包括熱交換器和至少一個流量閥能夠被布置來調節被 供給進入熱交換器的冷卻水。該控制器可控制至少一個流量閥來升高冷卻水的溫度。
[0011] 依照本發明的進一步的實施例，集流盒能夠通過至少兩個槍電纜給等離子槍供給 功率，所以集流盒被布置來接收來自水冷卻器的冷卻水，且槍電壓從槍的電纜之間的電壓 被確定。
[0012] 而且，該水冷卻器能夠包括熱交換器或冷凍冷卻迴路中至少一個，以及至少一個 流量閥能夠被布置以調節從冷卻器供給出的冷卻水。該控制器可控制該至少一個流量閥來 調節來自冷卻器的冷卻水的流量。
[0013] 依照還有的另外的實施例，該水冷卻器可包括熱交換器和該至少一個流量閥能夠 包括被布置來調節供給熱交換器的冷卻水的第一閥門以及被布置來調節從熱交換器供給 出的冷卻水的第二閥門。該控制器能夠控制第一閥門來升高冷卻水的溫度以及控制第二閥 門來降低來自冷卻器的冷卻水的流量。
[0014] 依照還有的另外的實施例，該控制器能夠控制該流量閥來升高冷卻水的溫度和來 降低冷卻水的流量中的至少一個。
[0015] 本發明的實施例是針對冷卻等離子槍的方法。該方法包括監控等離子槍的槍電壓 以及當槍電壓降低至預定值時，調節冷卻水流量來升高槍的溫度。
[0016] 依照實施例，熱交換器能夠被布置來從冷卻水帶走熱量，且該方法可進一步包括 調節供給熱交換器的冷卻水流量。由於減少的冷卻水的流量，該熱交換器升高冷卻水的溫 度。
[0017] 依照本發明另外的實施例，集流盒能夠被布置通過至少兩個槍電纜給等離子槍供 給功率，且該方法可進一步包括從槍電纜之間的電壓確定槍電壓。
[0018] 依照還有的另外的實施例，水冷卻器能夠包括熱交換器和冷凍冷卻迴路中至少一 個，其被布置來從冷卻水帶出熱量，且該方法能夠進一步包括調節被供給出冷卻器的冷卻 水的流量。
[0019] 此外，熱交換器能夠被布置來從冷卻水帶出熱量，該方法能夠進一步包括調節被 供給熱交換器的冷卻水且調節被供給出熱交換器的冷卻水。被供給熱交換器的冷卻水的調 節可升高冷卻水的溫度，且被供給出熱交換器的冷卻水的調節可減少來自冷卻器的冷卻水 的流量。
[0020] 依照另外的實施例，冷卻水流量的調節能夠引起冷卻水溫度的升高和冷卻水流量 的減少中至少一個。
[0021] 依照本發明還有的另外的實施例，升高的槍溫度可升高槍電壓。
[0022] 本發明的實施例包括用於增加等離子槍的壽命的方法。該方法包括監控等離子槍 的槍電壓，以及調節冷卻水流量以增加等離子槍的槍電壓。
[0023] 依照本發明的仍還有的另外的實施例，冷卻水的調節能夠升高槍的溫度。
[0024] 本發明另外的示例性的實施例和優點可通過瀏覽本公開和附圖被確定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 本發明進一步在下面的詳細說明中進行描述，其隨後參照通過本發明的示例性實 施例的非限制示例被標註的多個附圖，其中貫穿附圖的幾個視圖中，相同的附圖標記表示 相似的部件，且其中： 圖1曲線地示出入口水溫與槍電壓之間的關係； 圖2曲線地示出冷卻水流量與槍電壓之間的關係； 圖3示出用於等離子槍的冷卻水供給的示例性實施例； 圖4示出用於等離子槍的冷卻水供給的另外的示例性實施例；以及 圖5示出帶有冷卻通道的等離子槍。

【具體實施方式】
[0026] 此處顯示的示例通過示例且僅為了本發明的實施例的說明性討論的目的，以及為 了提供被認為是本發明的原理和概念性方面的最有用的和容易理解的描述而被呈現。就 此而言，沒有試圖以超出本發明的基礎的理解所必需的更多的細節而顯示本發明的結構性 的細節，結合附圖的描述使本領域技術人員明了本發明的多種形式如何可以在實踐中被實 施。
[0027] 發明人觀察到陽極孔表面的明顯的溫度影響等離子弧到孔的附著。特別地，發明 人發現，隨著常規的等離子槍的槍孔表面的溫度升高，等離子弧傾向於附著在槍孔中更下 遊的地方，因為在孔壁處的邊界層處存在較少的能障。因此，當他們發現弧長度隨著升高的 溫度增加時，發明人發現等離子槍的工作電壓與陽極溫度有關。
[0028] 圖1顯示槍電壓的測量，如所觀察到的槍冷卻通過改變入口水溫而被改變。特別 地，該測量顯示出通過在12° _29°C之間調節入口水的溫度，槍電壓能夠同樣地被調節約 IV。進一步地，應該理解到上述範圍是可接受的在於其並不引起冷卻水超過最大出口水溫。
[0029] 圖2顯示槍電壓的測量，如所觀察到的槍冷卻通過改變流經槍的冷卻水流量而被 改變。特別地，該測量顯示出通過在9-18 Ι/min之間調節冷卻水的流量，槍電壓能夠同樣 地被調節約2V。因此，隨著經過等離子槍的冷卻水流量減少，槍電壓增加。
[0030] 考慮到前述的發現，本發明的實施例包括將控制迴路添加至冷水循環來控制槍溫 度以便於實現槍電壓的調節。如圖3所示，水冷卻系統1被連接至等離子槍2。集流盒3 (jam box),例如Sulzer Metco的JAM 1030,能夠通過槍電纜4和5被電聯接至等離子槍2。 電壓計6能夠跨槍電纜4和5聯接以測量槍電壓。根據實施例，閉環比例控制器7,其能夠 是常規的設計，接收來自電壓計6的測量的槍電壓以監控槍電壓。通過非限制性的示例，閉 環比例控制器7能夠被預先設定來保持槍電壓在例如73. 4V。當隨著等離子槍被使用的時 間過去，測量的槍電壓值降低，這是正常的，閉環比例控制器7控制也是常規設計的比例流 量閥8,以便於調節到熱交換器9的冷卻入口水流，熱交換器可以是例如Climate HE或SM HE。因此，冷卻水到熱交換器9的供給經由比例閥8被控制來調節從熱交換器9至集流盒 3的水溫。被冷卻的冷卻水被供給來冷卻集流盒3,並且在流經集流盒3後，水被返回經過 熱交換器9來供給。
[0031] 在實施例中，隨著在正常使用過程中槍電壓下降，控制迴路能夠調節入口水溫來 升高槍溫度。特別地，比例閥8能夠被關閉來升高水溫。因此當控制器7確定了槍電壓(跨 槍電纜4和6)在下降時，控制器7控制比例閥8來減少冷卻水進入熱交換器9的流量，由 此升高冷卻水的水溫。此升高溫度冷卻水隨後被供給到集流盒3,其作為電和水結合到槍 且被監控的點。冷卻水隨後被供給至等離子槍2,在此處等離子槍2的溫度升高來相應地 升高等離子槍的電壓(見圖1)。結果，如通過電壓下降所測量的，硬體壽命能夠在槍在損壞 之前能夠承受的更高工作溫度的限制內被延長。這些限制是已經非常眾所周知的且大多數 控制系統將其作為安全系統的一部分。當然需要理解此處提供的說明在本質上是示例性的 且並不是為了以任何方式成為限制性的。此外，需要理解待決的說明使用了對普通技術人 員已知的和可行的特定結構的黑盒表示，並且顯示的說明為了簡化實施例的解釋已經被簡 化，使得至等離子槍的水的入口和水的出口的說明性的布置僅為示例性的且並不為了作為 所述實施例的限制。
[0032] 雖然冷卻水流經等離子槍的方式根據特定的等離子槍的設計而不同，但是本發明 的實施例可適用於所有水冷的等離子槍。通過非限制性的示例，圖5顯示了在等離子槍中 形成的用於冷卻的水通道的示例性的圖解。在示出的示例中，冷卻水能夠被供給進入和經 過陽極且隨後經過槍通向陰極，以及然後流出槍。進一步注意到陽極能夠包括多個周圍間 隔開的通道，該通道被布置來接收冷卻水，且這些周圍間隔開的通道能夠沿著等離子槍的 長度延伸至陰極來提供所需的冷卻。應當理解其它的等離子槍設計和/或冷卻通道設計是 可能的而不違背本發明的實施例的精神和範圍。
[0033] 在進一步的實施例中，入口和水溫至/從等離子槍也可以被監控來保證用於槍的 冷卻的可允許的限制被保持來防止控制迴路達到可能導致槍損壞的熱條件。
[0034] 在圖4中示出的可替換的實施例中，槍電壓能夠通過調節流至等離子槍的冷卻水 而被調節。該實施例能夠被用來使用熱交換器的冷卻迴路以及使用被直接連接至槍的冷凍 冷卻迴路。根據此實施例，不同於圖3所示的結構，比例流量閥8'被聯接在熱交換器/冷 凍冷卻迴路9'與集流盒3之間。在工作時，當在正常使用中槍電壓下降時，控制迴路能夠 調節冷卻水流量來升高槍溫度。特別地，比例閥8'，被放置於熱交換器/冷凍冷卻迴路9' 之間，能夠被關閉來減少冷卻水流量。因此，當控制器7確定了槍電壓(跨槍電纜4和5)在 降低時，控制器7控制比例閥8'來減少冷卻水流出熱交換器/冷凍冷卻迴路9'的流量，由 此減少冷卻水流量。此減少的冷卻水的流量按參照上述的圖3的方式隨後被供給至集流盒 3,且隨後供給至等離子槍2。至等離子槍2的冷卻水的流量的調節的結果，等離子槍2的溫 度升高來相應地升高等離子槍的電壓(見圖2)。結果，如被壓力下降所測量的，硬體壽命能 夠在槍被損壞之前能夠承受的較高的工作溫度的限制內被延長。此限制是已經非常眾所周 知的且大多數控制系統將其作為安全系統的一部分。
[0035] 雖然此可替換的實施例減少了水的流量也減少了槍內的水壓，等離子槍內的水的 沸點也被降低。然而，此實施例具有的優點在於用於水泵的發動機驅動槍的冷卻迴路能夠 直接是閉環，且如此本方法很容易被實施用於現有系統。
[0036] 在還有的另外的實施例中，上述的實施例能夠被結合以便於調節到槍的冷卻水流 量以及來調節冷卻水溫度。在此實施例中，不同的限制被加上到槍的水循環的出口來保持 槍的水壓來避免造成水的沸點溫度的結果。此壓力控制可作為單獨的閉環工作。通過調節 流量和溫度兩者，對槍電壓的最大的影響能夠被認識到。
[0037] 其它的變形是可能的以控制槍冷卻量，其包括但不限於旁路迴路，在冷卻器上重 置熱控制到較高的溫度等等。
[0038] 需要注意到前述的示例已被提供僅為了解釋的目的，且絕不被解釋為本發明的限 制。雖然本發明參照示例性的實施例已被描述，但是需要理解到此處所使用的詞語為描述 和說明性的詞語，而不是限制性的詞語。可以有在所附的權利要求範圍內的改變，如前所 陳述和修改的，不背離本發明在這些方面的範圍和精神。雖然本發明已經在此處參照特定 的裝置、材料和實施例進行了描述，但是本發明並不是為了限制在此處所公開的特例；相 反地，本發明延伸至所有功能性地等同的結構、方法和使用，如所附的權利要求所述的範圍 內。
【權利要求】
1. 一種用於等離子槍的水冷卻系統，包括： 水冷卻器，其被構造和布置來將熱量從將被供給至等離子槍的冷卻水中帶走； 控制器，其被構造和布置來監控等離子槍的槍電壓；以及 至少一個流量閥，其被聯接至該控制器並在該控制器的控制下調節冷卻水的流量， 其中，當槍電壓下降低於預定值時，該控制器控制該至少一個流量閥來升高等離子槍 溫度和槍電壓。
2. 根據權利要求1所述的水冷卻系統，其中水冷卻器包括熱交換器並且該至少一個流 量閥被布置來調節供給至熱交換器的冷卻水流量。
3. 根據權利要求2所述的水冷卻系統，其中該控制器控制該至少一個流量閥來升高等 離子槍冷卻水的溫度。
4. 根據權利要求1所述的水冷卻系統，進一步包括集流盒，其經由至少兩個槍電纜給 等離子槍供給功率， 其中集流盒被布置來接收來自水冷卻器的冷卻水，並且該槍電壓從集流盒處的槍電纜 之間的電壓被確定。
5. 根據權利要求1所述的水冷卻系統，進一步包括來測量槍電壓的裝置。
6. 根據權利要求1所述的水冷卻系統，其中水冷卻器包括熱交換器或冷凍的冷卻迴路 中的至少一個，並且該至少一個流量閥被布置來調節供給出冷卻器的冷卻水。
7. 根據權利要求6所述的水冷卻系統，其中該控制器控制該至少一個流量閥來調節來 自冷卻器的冷卻水的流量。
8. 根據權利要求1所述的水冷卻系統，其中水冷卻器包括熱交換器，並且該至少一個 流量閥包括被布置來調節供給至熱交換器的冷卻水的第一閥門，以及被布置來調節供給出 熱交換器的冷卻水的第二閥門。
9. 根據權利要求8所述的水冷卻系統，其中該控制器控制第一閥門來升高冷卻水的溫 度，並且控制第二閥門來減小來自冷卻器的冷卻水的流量。
10. 根據權利要求1所述的水冷卻系統，其中該控制器控制該流量閥以進行升高冷卻 水的溫度和減小冷卻水的流量中的至少一個。
11. 一種用於冷卻等離子槍的方法，該方法包括： 監控等離子槍的槍電壓；以及 當槍電壓下降到預定值時，調節冷卻水流量來升高槍溫度。
12. 根據權利要求11所述的方法，其中熱交換器被布置來將熱量從冷卻水中帶走，並 且該方法進一步包括調節供給至熱交換器的冷卻水流量。
13. 根據權利要求12所述的方法，其中，由於減少的冷卻水流量，該熱交換器升高冷卻 水的溫度。
14. 根據權利要求11所述的方法，其中集流盒被設置來經由至少兩個槍電纜給等離子 槍供給功率，並且該方法包括從槍電纜之間的電壓確定槍電壓。
15. 根據權利要求11所述的方法，其中電壓裝置確定等離子槍處的槍電壓。
16. 根據權利要求11所述的方法，其中水冷卻器包括熱交換器和冷凍的冷卻迴路中的 至少一個，水冷卻器被布置來將熱量從冷卻水中帶走，並且該方法進一步包括調節供給出 冷卻器的冷卻水的流量。
17. 根據權利要求11所述的方法，其中熱交換器被布置來將熱量從冷卻水中帶走，該 方法進一步包括調節供給至熱交換器的冷卻水以及調節被供給出熱交換器的冷卻水。
18. 根據權利要求17所述的方法，其中被供給至熱交換器的冷卻水的調節升高冷卻水 的溫度並且被供給出熱交換器的冷卻水的調節減少來自冷卻器的冷卻水的流量。
19. 根據權利要求11所述的方法，其中該冷卻水流量的調節引起冷卻水溫度的升高和 冷卻水流量的減小中的至少一個。
20. 根據權利要求11所述的方法，由此升高的槍溫度升高槍電壓。
21. -種用於延長等離子槍的壽命的方法，該方法包括： 監控等離子槍的槍電壓；以及 調節冷卻水流量來升高等離子槍的槍電壓。
22. 根據權利要求21所述的方法，其中冷卻水的調節升高槍溫度。
【文檔編號】H01J7/24GK104145319SQ201280066997
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2012年1月27日 優先權日:2012年1月27日
【發明者】R.J.莫爾茲 申請人:蘇舍美特科（美國）公司