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Einrichtung zur Erhöhung der Düsenstandzeit bei Lichtbogen-Plasmabrennern hoher Leistungsdichte
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erhöhung der Düsenstandzeit bei Lichtbogen-Plasmabren- nern hoher Leistungsdichte durch Leistungsverminderung bei Einleitung des Hauptlichtbogens.
Bekannte Lichtbogen-Plasmabrenner 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.
Beim Betrieb von Lichtbogen-Plasmabrenner ist hinsichtlich der elektrischen Schaltungsweise die sogenannte Düsen- und Werkstückpolung bekannt. Unter der Düsenpolung versteht man diejenige Betriebsweise, bei der der elektrische Lichtbogen zwischen der Kathode und der Düse brennt, wobei die Kathode mit dem Minuspol der Stromquelle und die Düse mit dem Pluspol verbunden ist. 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 Kathode mit kleiner Leistung brennt und bei Annäherung an das Werkstück in den Hauptlichtbogen übergeht, der dann mit grosser Leistung zwischen der Kathode 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 Kathode und Düse auf, die die Düse zerstören. Zur Vermeidung dieses Nachteiles ist es bekanntgeworden, beimAnschneiden 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 Mindest-Anschneidleistung vorhanden sein muss, um ein sicheres Anschneiden zu erreichen.
Soll nun auf dem Werkstück eingestochen werden, so ist die oben erwähnte Anschneidleistung hiefür noch zu hoch, so dass wieder Überschläge zwischen der Kathode 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.
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 die Leistung des Hauptlichtbogens beim
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Einstechen über einem Werkstück vermindert wird, hingegen beim Anschneiden eines Werkstückes unvermindert aufrecht erhalten wird, wobei die gegebenenfalls erforderliche Leistungsumschaltung durch die Brenndauer des Pilotlichtbogens gesteuert wird.
Vorzugsweise ist im Hauptstromkreis oder im Steuerstromkreis der Stromquelle des Plasmabrenners ein überbrückbarer Widerstand eingeschaltet, der durch ein im Pilotlichtbogenstromkreis angeordnetes, verzögert schaltendes Relais überbrückbar ist.
Die technisch-ökonomischen Vorteile, insbesondere der technische Fortschritt der Schaltung nach der Erfindung besteht darin, dass die Düsenstandzeit nicht mehr durch elektrische Überschläge begrenzt wird, sondern nur durch gelegentliche Unachtsamkeiten des Bedienungspersonals, die darin bestehen, dass beim Abkippen eines abgetrennten Werkstückes die Düse berührt wird und ein elektrischer Kurzschluss entsteht.
Die Schaltung nach der Erfindung ist nachstehend an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Schaltungsanordnung mit einem Hauptstromkreis und einem Pilotstromkreis und einem in den Pilotstromkreis eingeschalteten Stromrelais ; Fig. 2 eine Schaltungsanordnung des Haupt- und des Pilotstromkreises mit in den Pilotstromkreis eingeschaltetem Spannungsrelais und Fig. 3 eine weitere Variante der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung mit Darstellung des Pilotbogens und des Hauptlichtbogens bei einem Anschneidvorgang. Der Anschneidvorgang eines Lichtbogen-Plasmabrenners durchläuft etwa die folgenden Phasen.
In den Fig. 1 bis 3 sind elektrische Schaltschemen von werkstückgepolten Lichtbogen-PlasmabrennerSchneidanlage wiedergegeben. Es ist üblich, zunächst einen Hilfslichtbogen oder sogenannten Pilotbogen zu zünden. Dieser Pilotbogen besitzt eine kleine Leistung, die gemäss Fig. 1 von einer getrennten Pilotstromquelle-5-oder gemäss den Fig. 2 und 3 über einen Vorwiderstand --14-- von der Haupt-
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Verbindung her und leitet damit den Hauptlichtbogen ein.
Die Kathode --1-- des Plasmabrelmers ist mit dem Minus-Pol der Stromquelle und das Werkstück - mit dem Plus-Pol der Stromquelle verbunden. Der Hauptlichtbogen brennt also zwischen der Ka- thode-1-und dem Werkstück--2--. Wenn der Hauptlichtbogen durch die Plasmaflamme des Pilotbogens zündet, sucht er sich den Weg des geringsten elektrischen Widerstandes. Dieser Weg führt dabei über die Düse-3-. Das Arbeitsgas des Plasmabrenners, z. B. Argon, das zunächst das Entladungsplasma liefert, bildet einen höheren elektrischen Widerstand als die Strecke :
Kathode Düse--3-- Werkstück--2--. Das nach der Einleitung des Hauptlichtbogens in den
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das den Gasstrom in den Entladungsraum freigibt.
Bei Beginn einer Zündung wird zunächst das Magnetventil für das Arbeitsgas betätigt und der Pilotbogen gezündet. Dabei bildet sich ein elektrisch leitfähiger Plasmastrahl--4- aus, wie er in Fig.. 3 gezeigt ist. Wird nun z. B. bei einem Anschneidvorgang der Plasmabrenner an das Werkstück angenähert, so bildet sich der Hauptlichtbogen aus, der den Plasma- strahl--4'-- erzeugt. Die Bildung des Hauptlichtbogens ist mit einem raschen Stromanstieg im Hauptstromkreis verbunden. Dieser Stromanstieg löst das Magnetventil für den Eintritt des Zusatzgases aus. In der Zeit zwischen der Zündung des Hauptlichtbogens und dem Eintreffen des Zusatzgases würde der Hauptlichtbogen also über die Düse--3-- brennen, die aus Kupfer besteht, und würde sie zerstören..
Damit bei diesem Stromanstieg die Douse-3-- nichet zerstört wird, muss der Strom in der Hauptstromquelle begrenzt werden, bis das Zusatzgas an der Entladung teilnimmt. In dieser angeführten Zeit wird die Düse elektrisch getrennt, so dass sie den starken Strom nicht mehr führen kann.
Wasserstoffgas als Zusatzgas bildet ein Plasma mit hohem Energieinhalt und hohem elektrischem Widerstand, so dass der Strom des Plasmastrahles-4'-wieder kleiner wird.
Ein Verfahren zur Realisierung einer solchen Einleitungsmethode des Hauptlichtbogens ist inder österr. Patentschrift Nr. 240994 beschrieben.
Beim Einstechen besteht nun der Nachteil, dass der Stromanstieg im Hauptstromkreis schneller erfolgt als beim Anschneiden, da sich der Hauptlichtbogen beim Anschneiden an der Werkstückkante ausbildet und von deren Länge abhängig ist (vgl. Fig. 3), beim Einstechen dagegen der Hauptlichtbogen auf der Oberfläche des Werkstückes ansetzt und damit sofort ein genügender elektrischer Kontakt mit dem Werkstück vorhanden ist.
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