DE1256817B - Verfahren zur Erhoehung der Duesenstandzeit bei Lichtbogen-Plasmabrennern hoher Leistungsdichte und Schaltungsanordnung zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B23k

Deutsche Kl.: 21h-30/02

Nummer: 1256817

Aktenzeichen: K 59070 VIII d/21 h

Anmeldetag: 22. April 1966

Auslegetag: 21. Dezember 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Düsenstandzeit bei Lichtbogen-Plasmabrennern hoher Leistungsdichte und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Lichtbogen-Plasmabrenner sind bekannt und arbeiten nach dem Prinzip eines ionisierten Gaslichtbogens, mit dem hohe Temperaturen und Leistungsdichten zum Bearbeiten von Werkstoffen, vor allem Metallen, erreicht werden können. Am häufigsten werden Lichtbogen-Plasmabrenner zum Trennen von Werkstücken verwendet.

Es ist beim Betrieb eines Lichtbogen-Plasmabrenners hinsichtlich der elektrischen Schaltungsweise die sogenannte Düsen- und Werkstückpolung bekannt. Unter der Düsenpolung versteht man die eine Betriebsweise, bei der der elektrische Lichtbogen zwischen der Katode und der Düse brennt, d. h., die Katode ist mit dem Minuspol der Stromquelle verbunden und die Düse mit dem Pluspol. Bei der Werkstückpolung ist das zu bearbeitende Werkstück mit dem Pluspol verbunden. Dies ist jedoch nur bei elektrisch leitfähigen Werkstoffen möglich. Weiterhin ist es bekannt, bei der Zündung eines Lichtbogen-Plasmabrenners zunächst einen Hilfslichtbogen, auch als Zündlichtbogen oder Pilotbogen bezeichnet, zu zünden, der zwischen Düse und Katode mit kleiner Leistung brennt und bei Annäherung an das Werkstück in den Hauptlichtbogen übergeht, der dann mit großer Leistung zwischen der Katode und dem Werkstück brennt.

Während des Anschneidvorganges bzw. des Einstechvorganges über dem Werkstück unterliegt die Düse der größten Belastung. Oft treten dabei Überschläge (Doppellichtbogen, d. h„ ein Teil der Leistung fließt über die Düse) zwischen Katode und Düse auf, die die Düse zerstören. Zur Vermeidung dieses Nachteiles ist es bekanntgeworden, beim Anschneiden oder Einstechen den Hauptlichtbogen zunächst mit verminderter Leistung einzuleiten und erst bei Eintreffen des Zusatzgases auf die volle Leistung zu schalten.

Die Erfahrung beim Anschneiden hat gezeigt, daß eine bestimmte Mindestanschneidleistung vorhanden sein muß, um ein sicheres Anschneiden zu erreichen.

Soll nun auf dem Werkstück eingestochen werden, so ist die obenerwähnte Anschneidleistung hierfür noch zu hoch, so daß wiederum Überschläge zwischen der Katode und der Düse auftreten können, welche die Düse beschädigen, da beim Zünden des Pilotbogens der Lichtbogen-Plasmabrenner bereits über dem Werkstück steht und der Hauptlichtbogen unmittelbar darauf eingeleitet wird.

Verfahren zur Erhöhung der Düsenstandzeit
bei Lichtbogen-Plasmabrennern
hoher Leistungsdichte und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens

Anmelder:

Kjellberg Elektroden & Maschinen G. m. b. H.

in Verwaltung,

Finsterwalde N./L., Breitscheidstr. 61-63

Als Erfinder benannt:

Lothar Haase,

Rudolf Pochert, Dresden

Die Erfindung hat den Zweck, unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik die Düsenstandzeit bei Lichtbogen-Plasmabrennern zu erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, sowohl ein sicheres Anschneiden als auch das Einstechen ohne Beschädigung der Düse zu gewährleisten.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der Hauptlichtbogen beim Einstechen (über einem Werkstück) mit geringerer Leistung als beim Anschneiden eingeleitet wird und daß die Umschaltung auf die jeweils erforderliche Leistung beim Anschneiden bzw. Einstechen von Hand oder automatisch vorgenommen wird.

Die Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, daß erfindungsgemäß im Hauptstromkreis oder im Steuerstromkreis der Stromquelle des Plasmabrenners ein überbrückbarer Widerstand eingeschaltet ist.

Es ist besonders vorteilhaft, daß der Widerstand durch einen Arbeitskontakt eines Stromrelais überbrückt wird, welches in den Stromkreis des Pilotbogens eingeschaltet ist.

Weiterhin ist es möglich, daß der Widerstand durch einen Arbeitskontakt eines Spannungsrelais überbrückt wird, das parallel zu dem Vorwiderstand des Pilotbogens eingeschaltet ist.

Die technisch-ökonomischen Vorteile, insbesondere der technische Fortschritt der Erfindung, bestehen darin, daß die Düsenstandzeit nicht mehr durch elektrische Überschläge begrenzt wird, sondern nur durch gelegentliche Unachtsamkeiten des Bedie-

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nungspersonals, die darin bestehen, daß beim Ab- in der Hauptstromquelle begrenzt werden, bis das

kippen eines abgetrennten Werkstückes die Düse be- Zusatzgas an der Entladung teilnimmt.

rührt wird und ein elektrischer Kurzschluß entsteht. Wasserstoffgas als Zusatzgas bildet ein Plasma mit

An Hand eines Ausführungsbeispieles und der hohem Energieinhalt und hohem elektrischen WiderZeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. 5 stand, so daß der Strom des Plasmastrahles 4' wieder In der Zeichnung zeigt kleiner wird. Ein Verfahren zur Realisierung einer

F i g. 1 eine Schaltungsanordnung mit dem Haupt- solchen Einleitungsmethode des Hauptlichtbogens ist

Stromkreis und dem Pilotstromkreis und in den Pilot- in der Patentanmeldung beschrieben.

Stromkreis eingeschalteten Stromrelais, Beim Einstechen besteht nun der Nachteil, daß der

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung des Haupt-und io Stromanstieg im Hauptstromkreis schneller erfolgt

des Pilotstromkreises mit in den Pilotstromkreis ein- als beim Anschneiden, da sich der Hauptlichtbogen

geschaltetem Spannungsrelais, beim Anschneiden an der Werkstückkante ausbildet

Fi g. 3 eine weitere Variante der erfindungsge- und von deren Länge abhängig ist (vgl. F i g. 3), beim

mäßen Schaltungsanordnung mit Darstellung des Einstechen dagegen der Hauptlichtbogen auf der

Pilotbogens und des Hauptlichtbogens bei einem An- 15 Oberfläche des Werkstückes ansetzt und damit sofort

schneidvorgang. ein genügender elektrischer Kontakt mit dem Werk-

Der Anschneidvorgang eines Lichtbogen-Plasma- stück vorhanden ist. Mit der Erfindung wird nun er-

brenners durchläuft etwa die folgenden Phasen. reicht, daß die Leistung des Hauptlichtbogens beim

In den F i g. 1 bis 3 sind elektrische Schaltschemen Einstechen stärker vermindert ist als beim Anschneivon werkstückgepolten Lichtbogen-Plasmabrenner- 20 den. Zur Umschaltung der Leistung beim Anschnei-Schneidanlagen wiedergegeben. Es ist üblich, zu- den bzw. Einstechen wird erfindungsgemäß der Pilotnächst einen Hilfslichtbogen oder sogenannten Pilot- bogenstrom als Kriterium verwendet, da beim Anbogen zu zünden. Dieser Pilotbogen besitzt eine schneiden der Pilotbogen längere Zeit als beim kleine Leistung, die gemäß F i g. 1 von einer getrenn- Einstechen brennt. Im Pilotbogenstromkreis der ten Pilotstromquelle 5 oder gemäß F i g. 2 und 3 über 25 F i g. 1 (gestrichelt dargestellt), der von der Piloteinen Vorwiderstand 14 von der Hauptlichtbogen- bogenstromquelle 5 gespeist wird, ist ein Stromstromquelle 9 geliefert wird, und er brennt zwischen relais 6 mit Anzugsverzögerung eingeschaltet. Über der Katode 1 und der Düse 3. Der aus der Düse aus- einen Arbeitskontakt 7 ist das Stromrelais 6 in der tretende Pilotbogen stellt bei Berührung des Werk- Lage, einen Vorwiderstand 8 im Steuerstromkreis der Stückes eine elektrische Verbindung her und leitet 30 Hauptlichtbogenstromquelle 9 kurzzuschließen, wenn damit den Hauptlichtbogen ein. es längere Zeit vom Pilotbogenstrom durchflossen

Die Katode 1 des Plasmabrenners ist mit dem wird und seinen Anker anzieht. Der Steuerstromkreis Minuspol der Stromquelle und das Werkstück 2 mit der Hauptlichtbogenstromquelle 9 wird von einer dem Pluspol der Stromquelle verbunden. Der Haupt- Steuerstromquelle 10 gespeist. Durch den Regellichtbogen brennt also zwischen der Katode 1 und 35 widerstand 11 im Steuerstromkreis der Hauptlichtdem Werkstück 2. Wenn der Hauptlichtbogen durch bogenstromquelle 9 wird die Leistung des Hauptdie Plasmaflamme des Pilotbogens gezündet wird, lichtbogens bestimmt. Je nach Stellung des Widersucht er sich den Weg des geringsten elektrischen Standes 11 wird der Steuerstrom, z.B. der Erreger-Widerstandes. Dieser Weg führt dabei über die strom bei Umformern oder der Vormagnetisierungs-Düse 3. Das Arbeitsgas des Plasmabrenners, z. B. 40 strom bei Transduktoren, verkleinert oder vergrößert. Argon, das zunächst das Entladungsplasma liefert, In F i g. 1 ist gezeigt, wie der Vorwiderstand 8 ha bildet einen höheren elektrischen Widerstand als die Steuerstromkreis eines Transduktor 12 eingeschaltet Strecke: Katode 1—Düse 3—Werkstück 2. Das ist.

nach der Einleitung des Hauptlichtbogens in den Im folgenden soll nun der weitere Wirkungsmecha-Entladungsraum einströmende Zusatzgas, meist 45 nismus der Erfindung beschrieben werden.
Wasserstoff, bildet zusammen mit dem Arbeitsgas Bei einem Anschneidvorgang befindet sich der das Entladungsplasma, welches unter gleichzeitiger Plasmabrenner abseits vom Werkstück 2 (vgl. Fig. 3). Einschnürung durch die Düse 3 zu dem Werkstück 2 Nach der Zündung des Pilotbogens wird der Plasmagelangt, brenner auf das Werkstück zubewegt. Dieser Vor-

In den Zuleitungen für das Arbeitsgas und das Zu- 50 gang kann mehrere Sekunden in Anspruch nehmen, satzgas ist jeweils ein Magnetventil angeordnet, das so daß sich der Pilotbogen und damit der Plasmaden Gasstrom in den Entladungsraum freigibt. Bei strahl 4 völlig ausbildet. In dieser Zeitspanne kommt Beginn einer Zündung wird zunächst das Magnet- auch das anzugsverzögerte Stromrelais 6, das von ventil für das Arbeitsgas betätigt und der Pilotbogen dem Pilotstrom durchflossen wird zum Anzug, und gezündet. Dabei bildet sich ein elektrisch leitfähiger 55 es schließt mit seinem Arbeitskontakt 7 den Vor-Plasmastrahl 4 aus, wie er in F i g. 3 gezeigt ist. Wird widerstand 8 kurz. Damit wird der Strom im Steuernun z. B. bei einem Anschneidvorgang der Plasma- kreis der Hauptlichtbogenstromquelle größer und dabrenner an das Werkstück angenähert, so bildet sich mit auch die Leistung des Hauptlichtbogens für den der Hauptlichtbogen aus, der den Plasmastrahl 4' er- Anschneidvorgang. Nachdem der Plasmastrahl 4 das zeugt. Die Bildung des Hauptlichtbogens ist mit 60 Werkstück 2 berührt hat, wird der Hauptlichtbogen einem raschen Stromanstieg im Hauptstromkreis ver- eingeleitet, und der Pilotbogen erlischt oder wird abbunden. Dieser Stromanstieg löst das Magnetventil geschaltet. Dadurch öffnet sich der Arbeitskontakt 7 für den Eintritt des Zusatzgases aus. wieder, und der Plasmabrenner ist für einen weiteren

In der Zeit zwischen der Zündung des Hauptlicht- Anschneidvorgang betriebsbereit,
bogens und dem Eintreffen des Zusatzgases brennt 6g Bei einem Einstechvorgang befindet sich der der Hauptlichtbogen also über die Düse 3, die aus Plasmabrenner, wie bereits erläutert, über dem Werk-Kupfer besteht, und zerstört sie. Damit bei diesem stück2 (vgl. Fig. 1 und 2). Der Pilotbogen geht da-Stromanstieg die Düse 3 nicht zerstört wird, muß er mit sofort in den Hauptlichtbogen über. Dies ge-

Claims (4)

schieht in sehr kurzer Zeit, so daß das Stromrelais 6 infolge seiner Anzugsverzögerung nicht zum Anzug kommt und damit der Vorwiderstand 8 im Steuerstromkreis der Hauptlichtbogenstromquelle 9 wirksam bleibt. Dies bedeutet eine geringere Anfangsleistung des Hauptlichtbogens beim Einstechen gegenüber dem Anschneiden. Nach Fig. 2 benutzen die meisten Plasma-Schmelzschneidanlagen zur Begrenzung des Pilotbogenstromes einen Widerstand 14. Statt des Stromrelais 6 wird hierbei gemäß der Erfindung zweckmäßigerweise dem Widerstand 14 ein normales Spannungsrelais 13 mit parallelgeschaltetem Kondensator 16 und Vorwiderstand 15 zur Erzielung der notwendigen Anzugsverzögerung parallel geschaltet, das die ig Funktion des Stromrelais 6 übernimmt. In einer weiteren Ausführungsform gemäß F i g. 3 ist der regelbare Widerstand 11 und der Vorwiderstand 8 in den Hauptlichtbogenstromkreis eingeschaltet, und der letztere wird beim Anschneiden durch den Arbeitskontakt 7 des in den Pilotstromkreis eingeschalteten Stromrelais 6 oder eines gemäß F i g. 2 eingeschalteten Spannungsrelais 13 kurzgeschlossen. Die Widerstände 11 und 8 und der Arbeitskontakt 7 sind dabei jedoch entsprechend zu dimensionieren, as da sie den gesamten Strom des Hauptlichtbogens führen müssen. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erhöhung der Düsenstandzeit bei Lichtbogen-Plasmabrennern hoher Leistungsdichte, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptlichtbogen beim Einstechen über einem Werkstück mit geringerer Leistung als beim Anschneiden eingeleitet wird und daß die Umschaltung auf die jeweils erforderliche Leistung beim Anschneiden bzw. Einstechen von Hand oder automatisch vorgenommen wird.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Hauptstromkreis oder im Steuerstromkreis des Plasmabrenners ein überbrückbarer Vorwiderstand (8) eingeschaltet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand (8) durch einen Arbeitskontakt (7) eines verzögerten Stromrelais (6) überbrückt wird, welches in den Stromkreis des Pilotbogens eingeschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand (8) durch einen Arbeitskontakt (7) eines Spannungsrelais (13) überbrückt wird, welches parallel zu dem Vorwiderstand (15) in den Stromkreis des Pilotbogens eingeschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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