等离子体喷枪与具有人体工程学特征的喷枪手柄

摘要

本发明提供一种具有喷枪手柄的等离子体喷枪。等离子体喷枪手柄可以由软材料与硬材料形成。此外，等离子体喷枪手柄包括由软材料形成的拇指轮廓与由软材料形成的手指轮廓。在一个实施例中，等离子体喷枪手柄形成与喷枪头成大约80°的角度。还提供一种具有等离子体喷枪与手柄的等离子体切割系统。

说明书

背景技术

本发明通常涉及等离子切割系统，并且尤其涉及，用于这种系统的等离子 体喷枪。

发明内容

等离子切割系统产生等离子体（来自高温电离气体），以切割金属或其他 导电材料。通常，电弧将气体（例如，压缩气体）转换为等离子体，其足够热， 以熔化工件，同时，气压吹走熔化的金属。在等离子体喷枪中启动电弧，并且 气体流过喷枪。使用等离子体喷枪，以引导并且控制等离子体用于切割。当将 喷枪的尖端横跨工件拉动时，热等离子体沿喷枪尖端的路径切割工件。

附图说明

当参照附图阅读以下详细说明时，本发明的这些以及其他特征、方面以及 优势将变得更加容易理解，贯穿附图，相同的特征表示相同的零部件，其中：

图1为根据本发明的实施例的等离子切割系统的透视图；

图2为根据本发明的实施例的等离子体喷枪的侧透视图；

图3与4描绘了根据本发明的实施例的图2的等离子体喷枪的侧视图；

图5为根据本发明的实施例的图2的喷枪的后透视图；

图6与7分别描绘了根据本发明的实施例的图2的喷枪的前与后视图；

图8描绘了根据本发明的实施例的操作者手中的图2的喷枪的用法；

图9描绘了沿根据本发明的实施例的图2的线9-9的横截面。

具体实施方式

现参照附图，图1为示例了便携式等离子切割系统10的实施例的透视图。 示例的等离子切割系统10包括连接至等离子体喷枪14的喷枪电源装置12以 及分别经由喷枪电缆15与工件电缆17的工件夹16。如以下在图2-10中进一 步描述的，等离子体喷枪14可以包括各种特征，其提供改进的性能与耐久性， 更加易于组装，并且更加易于喷枪14的组件的替换，以及更长的使用寿命。 喷枪电源装置12可以经由电缆18连接至电源（例如，电网或电机驱动的发电 机）。如下进一步描述的，电源可以提供至喷枪14的电流，用于启动并且产生 维持电弧，并且用于保持等离子体与切割电弧。例如，电源装置12可以配置 成供给合适的电压与电流，以产生电流，从电源装置12沿电缆15至喷枪14， 横跨喷枪14与工件（例如，电弧）之间的间隙，穿过工件至夹具16，通过电 缆17返回至电源装置12。

电源装置12包括外壳20，其限定通常封闭的容积，以支撑各种电路、传 感器零部件、控制零部件、以及气体供应零部件（例如，空气压缩机）。例如， 系统10可以包括传感器与控制器，以调节电源装置10，导致各种条件，例如， 高度、温度、压力等等。示例的系统10还可以包括外壳20的顶侧上的手柄 22，以便更加易于系统10的运输。示例的系统10还可以包括锁止机构24， 其可以固定喷枪14、电缆17、夹具16、和/或电源18。外壳20还可以包括通 风孔28，以缓解系统10内侧中的热和/或压力。其他通风孔可以位于外壳20 的其他面板上。

在示例的系统10中，将控制面板38包括在电源装置12的端部处。控制 面板38可以包括各种控制输入、指示器、显示器、电输出、排风量等等。在 实施例中，用户输入40可以包括按钮、旋钮、或开关，其配置成能够选择操 作模式（例如，等离子切割、凿击等）、通电/断电、输出电流强度、气体（例 如，空气）流速、气体（例如，空气）压力、气体类型、工件类型、控制类型 （例如，手动或自动反馈控制）、或其组合。控制面板34还可以包括各种指示 器42，以向用户提供反馈。例如，指示器42可以包括一个或多个发光二极管 （LED）和/或液晶显示器（LCD），以显示开启/关闭状态、电流强度、电压强 度、气体（例如，空气）压力、气体（例如，空气）流速、环境状况（例如， 高度、温度、压力等）、或其他参数。此外，如果系统10存在问题，则指示器 42可以包括显示故障的LED或LCD，或警示器。控制面板38的实施例可以 包括任意数量的输入与输出，例如焊接方法、空气压缩机装置、油压、油温、 以及系统电源。

进一步，用户输入40与指示器42可以电连接至控制电路，并且使得用户 设置并监控系统10的各种参数。例如，指示器42可以显示环境状况（例如， 高度、温度、压力等），其提示用户手动调节电流、电压、气体流速、气体压 力、或其他操作参数、或其组合。

等离子体喷枪14包括手柄44与具有防护装置的触发器46、以及以下在 图2-9中描述的各种其他组件。夹具16包括导电材料夹具部分48，其具有绝 缘手柄50。电缆18包括插头52，用于连接至电源，例如壁式插座或电机驱动 的发动机。插座52可以配置成与各种插座或电源插座一起工作，并且系统10 可以接收不同的电源，例如AC50/60Hz、400Hz，单相或三相120V、230V、 400V、460V、575V，这些电压之间的任意电压、超过上限电压的电压、低于 下限电压的电压，等等。

图2描绘了根据本发明的实施例的喷枪14的侧透视图。如上提及的，喷 枪14包括具有防护装置46的触发器与手柄44，其细节在以下描述。如图2 中所示，喷枪14还包括屏蔽罩54、保持杯56、以及延伸入手柄44中的喷枪 体58。这些组件54、56与58一起可以形成，并且位于喷枪头59中。喷枪14 还可以描述为具有喷枪尖端60以及用于固定喷枪电缆15的端部62，在喷枪 14的操作过程中，等离子体流过喷枪尖端60。

喷枪14可以包括固定至喷枪14的端部62的应力释放组件64。在某些实 施例中，应力释放组件64可以封闭，通过喷枪电缆15封闭或是喷枪电缆15 的组成部分。如图2中所示，在某些实施例中，应力释放组件64可以是螺旋 或盘绕材料，当喷枪14相对于喷枪电缆15弯曲时，应力释放组件64释放应 力，并且降低或防止超出喷枪电缆15弯曲的可能性。在其他实施例中，应力 释放组件64可以是模压到喷枪电缆15上的织带、胶合到喷枪电缆15上的固 体柔性靴、或其他合适的应力释放材料。

喷枪手柄44可以包括用于给喷枪14作标记与贴商标的区域66。此外， 如下所述，喷枪手柄44可以由两种不同的材料形成：硬材料68与软材料70。 硬材料68相对于软材料70更硬，以提供喷枪手柄44的耐用性与结构完整性。 相反，软材料70相对于硬材料68更软，以增加操作者的舒适度，并且向操作 者提供改进的（例如，防滑）抓握。

图3与4描绘了根据本发明的实施例的喷枪14的侧视图。图3描绘了那 些具有硬材料68与软材料70的喷枪手柄14的部分。例如，软材料70可以形 成喷枪手柄44的拇指轮廓72与喷枪手柄44的手指轮廓74。拇指轮廓72可 以包括具有布置操作者拇指的向外展开的端部77的弧形凹口76。手指轮廓74 可以包括多个布置操作者手指的弧形凹口78。此外，弧形凹口78可以在尺寸 上逐步减小（例如，长度和/或深度），以接收不同尺寸的手指。例如，弧形凹 口78A可以大于弧形凹口78B，并且弧形凹口78B可以大于弧形凹口78C。

在某些实施例中，硬材料68可以是热塑性材料，并且软材料70可以是软 的热塑性弹性体（TPE）。此外，可以选择材料68与70的其他特性，以辅助 喷枪14的操作与识别。例如，软材料可以是第一颜色（例如，黑色），并且硬 材料68可以是第二颜色（例如，蓝色）。在这些实施例中，可以选择每种材料 68与70的颜色，以匹配特定标识或商标，以便匹配放置于区域66上的标识。 在某些实施例中，喷枪手柄44可以由两个或多个组件形成，该组件可以经由 例如螺钉、钉子、铆钉或任意其他合适的紧固件或其组合的紧固件69紧固在 一起。

图3与4还描绘了喷枪14的各种尺寸。喷枪手柄44可以具有如由端部 62确定的长度80（例如，大约225毫米）。此外，触发器46的中心可以位于 距离端部62一定距离82处（例如，大约120毫米）。最终，能够以距离触发 器46的中心一定距离84（例如，大约20毫米）限定弧形凹口76的布置。在 特定实施例中，可以选择距离82与84，以提供操作者的拇指与食指的“自然” 布置。在某些实施例中，例如，可以提供多个喷枪手柄44具有不同距离82 与84，以容纳不同手的尺寸。此外，喷枪手柄44可以限定中心纵轴86，并且 喷枪头59可以具有中心纵轴87。

此外，喷枪14可以相对于喷枪手柄44的中心纵轴86限定喷枪头角度88。 可以选择喷枪头角度88，以提供更加容易的与最佳的切割性能，同时，允许 自然手臂与肘部的定位。例如，在一个实施例中，喷枪头角度88可以大约为 80°。在其他实施例中，喷枪头角度88可以大约是71°至大约89°。与喷枪 手柄44的拇指轮廓72与手指轮廓74相结合，喷枪头角度88提供等离子体喷 枪14的改进的舒适性与控制。

图5为根据本发明的实施例的喷枪14的后透视图。如图5所示，软材料 70可以在喷枪手柄44的顶部上延伸，以使得由软材料70形成拇指轮廓72。 此外，还如图5所示，拇指轮廓72的弧形凹口76与向外展开的端部77在喷 枪14的后方的两侧上延伸。如下进一步描述的，喷枪14可以是通常对称的， 并且因此可以通过惯用右手与惯用左手的使用者同时使用。

此外，图5示出了喷枪14的端部62上的应力释放组件64的连接。在某 些实施例中，应力释放组件64可以与喷枪手柄44模压、胶合至喷枪手柄44、 或通过任意其他合适的技术固定或其组合。

图6与7分别描绘了根据本发明的实施例的喷枪14的前后视图。如图6 中所示，喷枪14为通常对称的，以使得可以在操作者的右手或左手中使用喷 枪14与触发器46。喷枪手柄44包括触发器孔90，触发器46穿过其延伸。触 发器46可以包括防护机构92，例如可以从第一位置移动至第二位置，以使得 触发器46激活的防护突出物。例如，触发器46可以在第一位置使得防护机构 92禁用或在第二位置使得防护装置92启用。还如图6中所示，手指轮廓74 在喷枪14的前方的两侧上延伸，以使得手指轮廓74的软材料70形成于喷枪 14的前方的两侧上。因此，无论在操作者的右手或左手中使用喷枪14，操作 者的手指都可以靠在手指轮廓78中，并且靠在软材料70上。

图7中描绘的喷枪14的后视图进一步示例了喷枪14的对称性。如上所提 及的，拇指轮廓72在喷枪14的后方的两侧上延伸，以使得拇指轮廓的软材料 70还以相似方式延伸。因此，无论在操作者的右手或左手中使用喷枪14，操 作者的拇指均可以靠在拇指轮廓72中，并且靠在软材料70上。

图8描绘了根据本发明的实施例的操作者的手96中的喷枪14的使用。虽 然图8描绘了操作者的右手中的喷枪14，如上所述，喷枪14为对称的，并且 可以在操作者的右手或左手中使用。

图8示例了手96的拇指98、食指100、中指102、无名指104、以及小拇 指106的通常布置。手96的拇指98可以容纳在拇指轮廓70中，例如在弧形 凹口74中。拇指98因此可以邻接向外展开的端部77。此外，如图8所示， 拇指98的一部分与手96的手掌可以靠在喷枪14背后的软材料70上。

此外，食指100可以位于用于喷枪14操作的触发器46附近。剩余手指 102、104与106的每一个均可以由手指轮廓74容纳。例如，中指100可以由 轮廓74A容纳，无名指102可以由手指轮廓74B（未示出）容纳，小拇指104 可以由手指轮廓74C容纳。

而且，如图7所示，喷枪头角度88使得操作者在喷枪14的操作过程中， 将操作者的手96，以及手臂与肘部定位于自然状态。例如，当将喷枪14横跨 工件拉动时，如由箭头108所示的方向，可以移动操作者的手96与相应的手 臂与肘部，并且将其保持在由喷枪头角度88与轮廓72、74提示的自然状态。

图9描绘了根据本发明的实施例的沿图3的线8-8的喷枪14的横截面。 如上提及的，喷枪14包括屏蔽罩54、保持杯56、以及喷枪体58。如在图9 中进一步所示的，喷枪14包括柱塞110（其可以包括能够起电气连接作用的 孔）、控制连接112（用于保持杯探测开关）、以及气体连接114。屏蔽罩54包 括位于喷枪14的尖端60处的孔116。此外，图9中示出了喷枪14的各种内 部组件。喷枪14还可以包括喷嘴118、涡流环120、电极122、阴极体124、 以及弹簧126。此外，保持杯56包括外部杯元件128与内部杯元件130。在某 些实施例中，可以由塑料形成外部杯元件128，可以由例如黄铜的金属材料形 成内部杯元件130。

喷枪14的各种组件可以同心地对齐，并且相对于喷枪14的纵轴87对中。 屏蔽罩54、喷嘴118、涡流环120、以及电极122一起可以称之为“耗材”。 这些耗材的一些或全部会磨损，即，在喷枪14的操作过程中消耗，并且操作 者可以在喷枪14的寿命中更换这些磨损的耗材。因此，等离子体喷枪14提供 免用工具的替换，例如，在无需工具的情况下进行耗材的拆卸与安装。例如， 如图9所示，屏蔽罩54可以包括用于连接至保持杯56的外螺纹136的内螺纹 134。因此，可以通过螺纹134与136的分离与接合拆卸与安装屏蔽罩56。相 似地，保持杯56可以包括连接至喷枪体58的外螺纹140的内螺纹138。喷枪 手柄44限定了用于封闭喷枪14的组件的普通中空内部141。例如，如图9所 示，喷枪手柄44可以封闭电气连接112与气体连接114，以及柱塞110与喷 枪体58的一部分。

如图9所示，喷嘴118可以包括肩端部142，并且保持杯56的内部杯元 件130包括内部面唇144。因此，喷嘴118可以通过内部面唇144与肩端部142 的接合而保留。涡流环120随后可以占据在喷嘴118的肩端部142的内表面与 阴极体124之间。最终，电极122可以包括截头圆锥体部分148，并且阻塞110 可以包括截头圆锥体形状凹槽150。因此，电极122可以由凹槽150中的截头 圆锥体部分148部分地或全部地容纳。此外，电极122可以包括放射性插入物 152，例如铪插入物。

基于上述特征，可以无需工具地拆卸等离子体喷枪14的每个耗材。例如， 通过从与保持杯56的接合中拆卸屏蔽罩54，并且从与喷枪体58的接合中拆 卸内部杯元件130，喷嘴118可以从喷枪14拆卸。在喷嘴118的拆卸后，电 机122可以从喷枪14拆卸。截头圆锥体部分148可以形成与阻塞110的凹槽 150相接触的自动释放角度，以使得电极122从喷枪14自动释放。

现将参照图8描述喷枪14的启动。喷枪14的实施例包括“接触式引弧” 机构，以使得在喷枪14的启动过程中电极122（即，阴极）与喷嘴118（即， 阳极）彼此接触。有利地，这种接触式引弧机构不需要高频（HF）与高压（HV） 功率，以启动维持电弧。

在启动之前，弹簧126可以沿箭头156指示的方向，朝向喷枪14的尖端 60偏压电极122，以使得电极122与喷嘴118相接触。电源12可以向阴极元 件，例如电极122、柱塞110、以及阴极体124提供导频电流。此外，将导频 电流提供至阳极，例如喷嘴118。在电流开始从电极122（阴极）流至喷枪14 的喷嘴118（阳极），供给至喷枪14的压缩气体，例如空气抵消弹簧弹力，并 且将电极122沿图9中所示的箭头158指示的方向远离喷嘴118移动。这打断 了电极122与喷嘴118之间的电气接触，并且产生维持电弧。

当电极122远离喷嘴118移动时，其开启喷嘴孔，并且穿过喷嘴118的孔 与屏蔽罩54的孔116朝外产生等离子流。等离子流使得弧（至少局部）转移 至由夹具16固定的工件，因此启动切割。如图9所示，随后通过喷枪14的尖 端60处的气体与等离子体压力沿箭头158指示的方向偏压电极122，以使得 在凹槽150中容纳电极的截头圆锥体部分148。当弧转移时，电源中的电子设 备感测，并且随后，在发生转移之后，提供更大安培数的主切割电流。喷枪 14的尖端60段开（电力地），打断导频电流路径。因此，使用电流切割工件， 并且跟随包括正极端子、工件与电极122的路径。例如，电源装置12可以配 置成提供合适的电压与电流，以产生来自电源装置12的电流，沿电缆15至喷 枪14，横跨喷枪14与工件（例如，电弧）之间的间隙，穿过工件至夹具16， 通过电缆17返回电源装置12。

尽管此处已经示例并且描述了本发明的特定特征，但本领域技术人员将作 出很多修改与改变。因此，应该理解的是，所附权利要求旨在覆盖落入本发明 的真正精神中的全部这些修改与改变。