CH649487A5

CH649487A5 - Verfahren und vorrichtung zum plasmaschneiden von nichtmetallischen werkstoffen.

Info

Publication number: CH649487A5
Application number: CH5197/80A
Authority: CH
Inventors: Dimo Todorov Garlanov; Dimiter Atanassov Dimitrov; Marin Georgiev Beloev; Vladimir Panajotov Chlebarov; Ivan Vassilev Vangelov; Nikolaj Janev Nikov; Ivan Stojanov Savov
Original assignee: Npk Sa Kontrolno Savaratschni
Priority date: 1980-06-27
Filing date: 1980-07-07
Publication date: 1985-05-31
Also published as: DE3024338A1; US4691090A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Plasmaschneiden von nichtmetallischen Werkstoffen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bekannt ist ein Verfahren zum Schneiden von nichtmetallischen Werkstoffen, bei dem der bearbeitete Werkstoff der mechanischen Wirkung einer rotierenden und sich fortschreitend bewegenden Diamantscheibe unterzogen wird.

Ein Nachteil dieses Verfahrens ist die aufwendige und verhältnismässig schnell verschleissbare Diamantscheibe.

Bekannt ist ein Verfahren für den Plasma-Schnitt und die Bearbeitung von Nichtmetall-Stoffen, bei der in einem Plasmabrenner erzeugte Plasmabogen zwischen einer Kathode und einer von plasmabildendem Gas umspülten als Düse ausgebildeten Anode gezogen ist, wobei das Gas in die Brennkammer des Plasmabrenners unter Druck eingegeben wird. Als Ergebnis dessen wird im Düsenkanal ein kontrahierter Plasmabogen und eine aus der Düse ausfliessende Plasmafackel erzeugt.

Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht in der Ausführung des Schneidevorgangs mit einem indirekten Bogen, wodurch der Wirkfaktor des Vorgangs wesentlich vermindert wird, eine breite wärmebeeinflusste Zone zustandekommt, und im Stoff Risse, u.a. Fehler entstehen.

Der gemeinsame Nachteil der bekannten Verfahren zum Schneiden nichtmetallischer Werkstoffe ist deren niedrige Leistung, hervorgerufen durch die geringe Schnittgeschwindigkeit.

Bekannt ist eine Vorrichtung, bestehend aus einem auf einer Trägerstange befestigten Plasmabrenner, wobei die Stange an einem sich bewegenden Schlepper angebaut ist. Der Plasmabrenner besteht aus einer zentralen Elektrode-Kathode, auf der ein Isolator angebracht ist, der seinerseits ein aufgestülptes Gehäuse trägt, dessen vorderes Ende als Düse ausgebildet ist. Am Gehäuse sind drei Stutzen angebaut, für die Eingabe von plasmabildendem Gas, Kühlwasser und Spannimg.

Ein Nachteil dieser Vorrichtung ist, dass dadurch keine Möglichkeit für eine direkte Zusammenwirkung des im Plasmabrenner erzeugten Plasmabogens, dessen schneidende Hochtemperaturplasmasäule und des zu schneidenden nichtmetallischen Werkstoffes gegeben ist, wie dies beim Plasmaschneiden von metallischen Werkstoffen der Fall ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Plasmaschneiden von nichtmetallischen Werkstoffen unter Einsatz des direkten kontrahierten Hochtemperaturplasmabogens als Schneidewerkzeug zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 3 gekennzeichnet.

Bei einem Ausführungsbeispiel besteht die zusätzliche nichtschmelzende Anode aus einem Rohr, das an einem Ende mit einer Verstärkung versehen und am anderen Ende durch eine Mutter mit einem Zylinder verbunden ist, an dessen Aussenfläche eine Übertragungsscheibe ausgebildet ist. Im Zylinder ist eine zum Rohr koaxiale Achse gelagert, die an einem Halter befestigt ist. Am Halter ist eine Graphitelektrode und in der Achse ist ein Einlassstutzen angeordnet.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel besteht die zusätzliche nichtschmelzende Anode aus einem Zylinder, an dessen Aussenfläche eine mit einer Graphitelektrode verbundene Übertragungsscheibe ausgebildet ist. Im vorderen Ende des Zylinders ist ein Kopfteil aus Metall eingeschraubt. Der Zylinder ist auf einer hohlen Achse gelagert, die flanscharti-ge Abschnitte mit unterschiedlichen Aussendurchmessern und zwischen diesen Abschnitten ausgebildete radial verlaufende Bohrungen aufweist. In der Achse ist ein Rohr konzentrisch angeordnet. Die Achse ist in einem zylinderförmigen Halter montiert, der radial verlaufende Bohrungen aufweist und am Metallstück befestigt ist.

Die Vorteile der Erfindung sind im wesentlichen darin zu sehen, dass Teile mit unterschiedlichen Formen mit hoher Schnittgeschwindigkeit und guter Schnittflächenqualität geschnitten werden können.

Die Vorrichtung gestattet es, Bogen mit einer Länge und Leistung in Abhängigkeit der Stärke des zu schneidenden Materials zu bilden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung,

Fig. 2 eine Ansicht der Vorrichtung in Fig. 1 in Richtung des Pfeiles A,

Fig. 3 einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels der zusätzlichen nichtschmelzbaren Anode, und

Fig. 4 einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels der zusätzlichen nichtschmelzenden Anode.

Die Vorrichtung besteht aus einem Plasmabrenner 1, an dessen Gehäuse 2 eine winkelförmige Zahnstange 4 befestigt ist. Der Plasmabrenner 1 ist durch Versorgungskabel 3 mit einer Stromquelle 7 verbunden. An der Zahnstange 4 ist ein Isolierübergangsring 6 mit Scheibe 5 angebaut, wobei die Scheibe 5 die Vorschubbewegung des Isolierübergangsring 6 auf der Zahnstange 4 sichert. An dem Isolierübergangsring 6 ist ein Metallstück 8 fest angebracht, das mit Kühlungskanälen versehen ist, und eine Winkel- oder U-Form aufweisen kann. Im unteren Teil des Metallstückes 8 ist eine zusätzliche nichtschmelzende Anode 11 montiert. Durch ein Kabel 9 ist das Metallstück mit der Stromquelle verbunden. An den Kühlkanälen sind Kühlrohre 10 angeschlossen. Rechtwinklig zur Zahnstange 4 ist der mit dem Antrieb der gesamten Vorrichtung verbundene Schaft 14 angebracht.

Die zusätzliche nichtschmelzende Anode 11 kann in zwei Varianten ausgeführt werden.

Bei der ersten Variante besteht sie aus einem Rohr 18, an dessen einem Ende eine Verstärkung 20 angebracht ist. Das andere Ende des Rohres 18 ist durch die Mutter 19 mit dem Zylinder 17 verbunden, an dessen Aussenfläche eine Übertragungsscheibe ausgebildet ist. Im Zylinder 17 ist eine zum Rohr 18 koaxiale Achse 16 gelagert. Die Achse 16 ist an einem Halter 22 befestigt, an dem eine Graphitelektrode 21 montiert ist. Ausserdem ist in der Achse 16 ein Einlassstutzen 15 eingebaut. Symmetrisch zur Achse 16 ist im anderen Ende des Rohres 18 eine weitere in der Zeichnung nicht dargestellte Achse eingebaut, in der der Ausgangsstutzen liegt.

Die zusätzliche nichtschmelzende Anode 11 besteht bei der zweiten Ausführungsvariante aus einem Zylinder 25, an dessen Aussenfläche eine mit einer Graphitelektrode 28 verbundene Übertragungsscheibe ausgebildet ist. Im vorderen Ende des Zylinders 25 ist ein gekühlter Metallkopf 27 eingeschraubt, der am Zylinder 25 durch eine Kontermutter 26 gesichert ist. Im anderen Ende des Zylinders 25 ist eine mit flanschartigen Abschnitten mit verschiedenen Aussendurch-messern versehene hohle Achse 29 gelagert, die radial verlaufende Bohrungen zwischen den Abschnitten aufweist. In der Achse 29 ist ein Rohr 24 konzentrisch angebracht. Die Achse 29 und das Rohr 24 sind in einem zylinderförmigen Halter 23 angeordnet, der am Metallstück 8 befestigt ist. Der Halter 23 ist mit radial verlaufenden Bohrungen versehen.

Die zur Durchführung des Verfahrens eingesetzte Vorrichtung wirkt folgendermassen:

Der Plasmabrenner 1 wird über die Versorgungskabel 3 mit der Stromquelle 7 verbunden. Danach wird das Metallstück 8 über das Kabel 9 mit der Stromquelle 7 verbunden, um an die zusätzliche nichtschmelzende Anode 11 eine Spannung anzulegen. Der Plasmabrenner 1 und das Metallstück 8 werden durch Kühlwasser gekühlt. Durch den Schaft 14 wird die Vorrichtung mit dem Antrieb verbunden. Danach erfolgt das Zünden des Dauerbogens des Plasmabrenners 1 und durch die Scheibe 5 - das Anheben der Anode 11 zur Düse des Plasmabrenners 1. Dann wird der Plasmabogen 12 zur nichtschmelzenden Anode 11 gezogen. Durch ein Drehen der Scheibe 5 wird die Anode vom Plasmabrenner 1 entfernt, wodurch der Plasmabogen zwangsläufig bis zur erforderlichen Länge gezogen wird. Es folgt ein Annähern der Vorrichtung an den zu bearbeitenden nichtmetallischen Werkstoff 13, der zwischen dem Plasmabrenner 1 und der Anode 11 eingeführt wird. Bei Berührung des zu bearbeitenden Werkstoffes 13 durch den Plasmabogen 12 wird die Leistung des Plasmabrenners 1 erfüllt, und die Vorrichtung in Gang gesetzt.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zum Plasmaschneiden von nichtmetallischen Werkstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass der zu bearbeitende nichtmetallische Werkstoff (13) zwischen einem Plasmabrenner (1) und einer zusätzlichen nichtschmelzenden Anode (11) eingegeben wird, dass der Plasma-Bogen (12) bis zur erforderlichen Länge gezogen und der zu bearbeitende nichtmetallische Werkstoff (13) der direkten Einwirkung des Plasma-Bogens (12) unterzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche nichtschmelzende Anode (11) in Rotationsbewegung gesetzt wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens gemäss Anspruch 2, bestehend aus einem Plasmabrenner zum Schneiden mit direktem Plasma-Bogen, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse (2) des Plasmabrenners (1) eine winkelförmige Zahnstange (4) befestigt ist, die ein Isolier-übergangsring (6) mit Scheibe (5) aufweist, dass am Isolier-übergangsring (6) ein Metallstück (8) mit Kühlkanälen (10) angebracht ist, das an seinem unteren Ende eine zusätzliche nichtschmelzende Anode (11) trägt, und dass senkrecht zur Zahnstange (4) ein Schaft (14) befestigt ist, der mit dem Antrieb der gesamten Vorrichtung in Verbindung steht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallstück (8) eine Winkel- oder U-Form aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche nichtschmelzende Anode aus einem Rohr (18) besteht, das an einem Ende mit einer Verstärkung (20) versehen und am anderen Ende durch eine Mutter (19) mit einem Zylinder (17) verbunden ist, an dessen Aussenflä-che eine Übertragungsscheibe ausgebildet ist, dass im Zylinder (17) eine zum Rohr (18) koaxiale Achse (16) gelagert ist, die an einem Halter (22) befestigt ist, und dass am Halter (22) eine Graphitelektrode (21) und in der Achse (16) ein Einlassstutzen (15) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche nichtschmelzende Anode aus einem Zylinder (25) besteht, an dessen Aussenfläche eine mit einer Graphitelektrode (28) verbundene Übertragungsscheibe ausgebildet ist, dass ein Kopfteil (27) aus Metall im vorderen Ende des Zylinders (25) eingeschraubt ist und dass der Zylinder (25) auf einer hohlen Achse (29) gelagert ist, die flanschartige Abschnitte mit unterschiedlichen Aussendurchmes-sern und zwischen diesen Abschnitten ausgebildete radial verlaufende Bohrungen aufweist, wobei ein Rohr (24) in der Achse (29) konzentrisch angeordnet ist und wobei die Achse (29) in einem zylinderförmigen Halter (23) montiert ist, der radial verlaufende Bohrungen aufweist und am Metallstück (8) befestigt ist.