DD244260A7 - Verfahren und vorrichtung zum plasmaschneiden von nichtmetallischen werkstoffen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Plasmaschneiden von nichtmetallischen Werkstoffen mit dem Ziel, derartige Werkstoffe mit hoher Effektivitaet zu schneiden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Plasmaschneiden von nichtmetallischen Werkstoffen und eine Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens zu schaffen, bei dem der direkte, kontrahierende Hochtemperaturplasmabogen als Schneidmittel benutzt wird. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass der Plasmabogen (12) mit einer vertikalen Bewegung der Anoden-Elektrode in bezug auf das Plasmatron (1) bis zur erforderlichen Laenge gezogen wird, wobei der zu bearbeitende Nichtmetall-Stoff der direkten Einwirkung des gezogenen Plasma-Bogens unterzogen wird und die zusaetzliche unschmelzbare Elektrode (Anode) in Rotationsbewegung gesetzt wird, und am Gehaeuse (2) des Plasmatrons (1) eine winkelfoermige Zahnstange (4) befestigt ist und an der Zahnstange (4) ein Isolieruebergangsring (6) mit Scheibe (5) montiert ist, wobei am Isolieruebergangsring (6) ein Metallstueck (8) angeordnet ist, in dem Kuehlkanaele ausgefuehrt sind, und im unteren Ende des Metallstueckes (8) eine zusaetzliche unschmelzbare Elektrode (11) (Anode) vorgesehen ist, wobei senkrecht zur Zahnstange (4) ein Schaft (14) befestigt ist, der mit dem Antrieb der Vorrichtung steht. Fig. 1

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Plasmaschneiden von nichtmetallischen Werkstoffen, insbesondere im Industriebau zum Schneiden von z. B. Betonplatten und Großbauplatten, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt ist ein Verfahren für das Schneiden von nichtmetallischen Werkstoffen, bei dem der zu bearbeitende Stoff der mechanischen Wirkung einer rotierenden und sich fortschreitend bewegenden Diamantscheibe unterzogen wird.

Ein Nachteil dieses Verfahrens ist die Anwendung der aufwendigen und verhältnismäßig schnell verschleißenden Diamantscheibe.

Bekannt ist weiterhin ein Verfahren für das Plasmaschneiden und die Bearbeitung von nichtmetallischen Werkstoffen, bei dem der in einem Plasmatron generierte Plasmabogen zwischen einer Elektrode (Katode) und einer von plasmabildendem Gas umspülten Düse (Anode) brennt. Dabei wird das Gas in die Brennkammer des Plasmatrons unter Druck eingegeben. Bei diesem Verfahren wird im Düsenkanal ein kontrahierter Plasmabogen und eine aus der Düse ausfließende Plasmafackel erzeugt. Durch die Wirkung der Plasmafackel wird ein Schnitt durch das Material ausgeführt.

Ein Nachteil des Verfahrens besteht in der Ausführung des Schneidvorgangs mit einem indirekten Lichtbogen. Der Wirkfaktor des Vorgangs wird hierbei wesentlich verringert. Im Schnittverlauf entsteht eine breite wärmebeeinflußte Zone, durch den im Stoff Risse u.a. Fehler entstehen.

Der gemeinsame Nachteil der beiden bekannten Verfahren für das Schneiden von nichtmetallischen Werkstoffen ist deren geringe Leistung, hervorgerufen durch die geringe Schnittgeschwindigkeit.

Die DD-PS 82623 offenbart ein Verfahren und eine Anordnung zum Trennen von nichtleitenden Materialien. Dabei wird der Plasmabrenner zum Beginn der Arbeit auf das Werkstück zu bewegt. Nachteilig ist dabei, daß der richtige technologisch bedingte Abstand des Plasmabrenners zur Oberfläche des zu trennenden Materials nur mit dem Einstellen des Kathodenabstandes erhalten werden kann. Die Anode bleibt dabei unbeweglich.

Bekannt ist eine Vorrichtung für das Plasmaschneiden von nichtmetallischen Stoffen, bestehend aus einem auf einer Trägerstange befestigten Plasmatron, die Stange ist dabei an einem sich bewegenden Schlepper angebaut. Der Plasmatron besteht aus einer zentralen Elektrode (Katode), auf der ein Isolator angebracht ist, welcher seinerseits ein aufgestülptes Gehäuse trägt, dessen vorderes Ende als Düse ausgebildet ist. Am Gehäuse sind drei Stutzen für die Eingabe des plasmabildenden Gases, des Kühlwassers und der Spannung angeordnet.

Mit dieser Vorrichtung ist kein direktes Zusammenwirken des im Plasmatron erzeugten Plasmabogens, dessen schneidender Hochtemperaturplasmasäule und des zu schneidenden nichtmetallischen Werkstoffes gegeben, wie dies beim Plasmaschneiden von metallischen Werkstoffen der Fall ist.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Plasmaschneiden von nichtmetallischen Werkstoffen mit hoher Effektivität zur Anwendung zu bringen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Plasmaschneiden von nichtmetallischen Werkstoffen, bei dem der zu bearbeitende Nichtmetall-Stoff der Einwirkung eines Plasma-Bogens unterzogen wird, und der zu bearbeitende Nichtmetall-Stoff zwischen einem Plasmatron und einer zusätzlichen unschmelzbaren Elektrode-Anode eingegeben wird und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welches es gestattet, den direkten, kontrahierenden Hochtemperaturplasmabogen als Schneidmittel zu benutzen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Plasma-Bogen mit einer vertikalen Bewegung der Anoden-Elektrode in bezug auf das Plasmatron bis zur erforderlichen Länge gezogen wird, wobei der zu bearbeitende Nichtmetall-Stoff der direkten Einwirkung des gezogenen Plasma-Bogens unterzogen wird und die zusätzliche unschmelzbare Elektrode-Anode in Rotationsbewegung gesetzt wird.

Es ist im Sinne der Erfindung, wenn die Vorrichtung derart angeordnet ist, daß am Gehäuse des Plasmatrons eines winkelförmige Zahnstange befestigt ist und an der Zahnstange ein Isolierübergangsring mit Scheibe montiert ist, wobei am Isolierübergangsring ein Metallstück angeordnet ist, in dem Kühlkanäle ausgeführt sind, und im unteren Ende des Metallstückes eine zusätzliche unschmelzbare Elektrode (Anode) vorgesehen ist, wobei senkrecht zur Zahnstange ein Schaft befestigt ist, der mit dem Antrieb der Vorrichtung in Verbindung steht.

Es ist eine Ausgestaltungsform der Erfindung, daß die zusätzliche unschmelzbare Elektrode (Anode) aus einem Rohr besteht, dessen eines Ende verstärkt ist, wobei sein anderes Ende durch eine Mutter mit einem Zylinder verbunden ist, an dessen Außenfläche eine Übertragungsscheibe ausgebildet ist, und im Zylinder eine zum Rohr koaxiale Achse gelagert ist, die am Ständer befestigt ist, wobei am Ständer eine Graphitelektrode angebaut und in der Achse ein Eingangsstutzen montiert ist. In Ausübung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die zusätzliche unschmelzbare Elektrode (Anode) aus einem Zylinder besteht, an dessen Außenfläche eine Übertragungsscheibe ausgebildet ist, welcher mit einer Graphitelektrode verbunden ist, und im vorderen Ende des Zylinders ein gekühlter Metallkopf angeordnet ist, der zum Zylinder durch eine Kontermutter gesichert ist, wobei am anderen Ende des Zylinders eine mit einem variablen Außendurchmesser an einem Ende ausgeführte Achse gelagert ist, die querliegende Bohrungen aufweist, wobei in der Achse ein Rohr konzentrisch vorgesehen ist, und die Achse und das Rohr in einem kurzen Zylinder, am Metallstück befestigt sind, welches mit querliegenden Bohrungen versehen ist. Es ist ein Vorteil der Erfindung, daß die zusätzliche unschmelzbare Elektrode (Anode) erfindungsgemäß zweierlei Ausfuhrungsvarianten aufweist. In der ersten Variante besteht die Elektrode aus einem Rohr mit einer aufgetragenen Verstärkung. An einem Ende ist das Rohr durch eine Mutter mit einem Zylinder verbunden, an dessen Außenfläche eine Übertragungsscheibe ausgeführt ist. Im Zylinder ist eine zum Rohr koaxiale Achse gelagert, in der ein Eingangsstutzen angebaut ist. Die Achse ist feststehend an einem sich bewegenden Ständer befestigt. Außerdem ist am Ständer auch eine Graphitelektrode, welche an der Außenfläche des Zylinders abgestützt ist, angebaut.

Bei der zweiten Ausführungsvariante besteht die zusätzliche unschmelzbare Elektrode (Anode) aus einem Zylinder, an dessen Außenfläche eine Übertragungsscheibe, die mit einer Graphitelektrode verbunden ist, ausgebildet ist. Am einen Ende des Zylinders ist ein Innengewinde ausgeführt, in dem ein wassergekühlter, zum Zylinder mit einer Kontermutter gesicherten Kopf verschraubt ist. Der o. g. Zylinder weist einen variablen Innendurchmesser auf. Am anderen Ende des Zylinders ist eine am einen Ende mit variablen Außendurchmesser ausgeführte Achse gelagert, die querliegende Bohrungen zwischen den verschiedenen Durchmessern aufweist. In der Achse ist ein Rohr konzentrisch angebracht, wobei die Achse und das Rohr in einem kurzen, am Metallstück befestigten Zylinder montiert sind. Im kurzen Zylinder sind querliegende Bohrungen angeordnet. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und der dazugehörigen Vorrichtung bestehen im folgenden: ^

— Sie gestatten das Schneiden von nichtmetallischen Werkstoffen mit einer Wärmequelle, die einen hohen Konzentrationsgrad der Wärmeenergie aufweist.

— Die Säule des elektrischen kontrahierten Plasmabogens ist ausgetragen und zwangsläufig längsgezogen.

— Es werden hohe Schnittgeschwindigkeiten, verschiedene Formen der zu schneidenden Teile sowie eine gute Qualität der Schnittflächen erzielt.

Die Vorrichtung gestattet die Bildung von Lichtbogen mit verschiedener Länge und Leistung in Abhängigkeit von der Stärke des zu schneidenden Stoffes. In dieser Weise wird der Schnittvorgang von nichtmetallischen Werkstoffen analog dem Plasmaschneiden von Metallen ausgebildet.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: Schemadarstellung der Vorrichtung;

Fig. 2: die Vorrichtung in einer Seitenansicht;

Fig. 3: eine erste Ausführungsvariante der zusätzlichen unschmelzbaren Elektrode (Anode) im Schnitt';

Fig.4: eine zweite Ausführungsvariante der zusätzlichen unschmelzbaren Elektrode (Anode) im Schnitt.

Die Vorrichtung besteht aus einem Plasmatron 1 zum Schneiden, an dessen Gehäuse 2 eine winkelförmige Zahnstange 4 befestigt ist. Das Plasmatron 1 ist durch Versorgungskabel 3 mit einer Stromquelle 7 verbunden. An der Zahnstange 4 ist ein Isolierübergangsring 6 mit Scheibe 5 angeordnet, wobei eine Scheibe 5 die Überschubbewegung des Isolierübergangsrings 6 auf der Zahnstange 4 sichert. An dem Isolierübergangsring 6 ist feststehend ein Metallstück 8 angebracht, in dem Kühlungskanäle ausgeführt sind. Das Metailstück kann eine Winkel- oder U-Form aufweisen. Im unteren Teil des Metallstückes 8 ist eine zusätzliche unschmelzbare Elektrode (Anode) montiert. Durch ein Kabel 9 ist das Metallstück 8 mit der Stromquelle verbunden, auf dem auch Kühlrohre 10 befestigt sind. Perpendikulär zur Zahnstange 4 ist der mit dem Antrieb der gesamten Vorrichtung verbundene Schaft 14 angebracht. .

Die zusätzliche unschmelzbare Elektrode (Anode) kann in zwei Varianten ausgeführt werden.

Bei der ersten Variante besteht sie aus einem Rohr 18, an dessen einem Ende eineVerstärkung 20 angebracht ist. Das andere Ende des Rohres 18 ist durch eine Mutter 19 mit einem Zylinder 17 verbunden, an dessen Außenfläche eine Übertragungsscheibe ausgebildet ist. Im Zylinder 17 ist einezum Rohr 18 koaxiale Achse 16 gelagert. Die Achse 16 ist an einem Ständer 22 befestigt, an dem eine Graphitelektrode 21 montiert ist. Außerdem ist in der Achse 16 ein Eingangsstutzen 15 eingebaut. Symmetrisch zur Achse 16 ist im anderen Ende des Rohres 18 eine weitere (nicht dargestellte) Achse eingebaut, in der der Ausgangsstutzen liegt. Die zusätzliche unschmelzbare Elektrode (Anode) besteht in der zweiten Ausführungsvariante aus einem Zylinder 25, an dessen Außenfläche eine Übertragungsscheibe, verbunden mit einer Graphitelektrode 28 ausgebildet ist. Im vorderen Ende des Zylinders 25 ist ein gekühlter Metallkopf 27 verschraubt, der zum Zylinder 25 durch eine Kontermutter 26 gesichert ist. Im anderen Ende des Zylinders 25 ist eine mit variablem Außendurchmesser am einen Ende ausgeführte Achse 29 gelagert, die querliegende Bohrungen zwischen den verschiedenen Durchmessern aufweist. In der Achse 29 ist ein Rohr 24 konzentrisch angebracht. Die Achse 29 und das Rohr 24 sind von einem kurzen Zylinder 23 aufgenommen und am Metallstück 8, und das mit querliegenden Bohrungen versehen ist, montiert.

Die für die Durchführung des Verfahrens vorgesehene Vorrichtung wirkt folgendermaßen:

Das Plasmatron 1 zum Schneiden wird durch die Versorgungskabel 3 mit der Stromquelle 7 verbunden. Danach wird das Metallstück 8 durch das Kabel 9 mit der Stromquelle 7 verbunden, wodurch der zusätzlichen unschmelzbaren Elektrode (Anode) Spannung zugeführt wird. Durch das Plasmatron 1 und die Kühlmittelkanäle des Metallstücks 8 wird Kühlwasser eingelassen. Durch den Schaft 14 ist die Vorrichtung mit dem Antrieb verbunden. Danach erfolgt das Zünden des Dauerbogens des Plasmatrons 1 und durch die Scheibe 5 das Anheben der zusätzlichen unschmelzbaren Elektrode (Anode) zur Düse des Plasmatrons 1. Dann wird der Plasmabogen 12 gezündet und seine Stützfläche auf die zusätzliche unschmelzbare Elektrode (Anode) übertragen. Durch ein Drehen der Scheibe 5 wird die zusätzliche unschmelzbare Elektrode (Anode) vom Plasmatron 1 entfernt, wodurch der Plasmabogen 12 zwangsläufig bis zur erforderlichen Länge gezogen wird. Es folgt ein Annähern der Vorrichtung an den zu bearbeitenden nichtmetallischen Werkstoff 13, der zwischen der Düse des Plasmatrons 1 und der zusätzlichen unschmelzbaren Elektrode (Anode) eingegeben wird. Bei Berührung der Seitenwand des zu bearbeitenden nichtmetallischen Werkstoffes 13 durch den Plasmabogen 12 wird die Leitung des Plasmatrons 1 erfüllt und die Vorrichtung in Gang gesetzt.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   1. Verfahren für den Plasmaschnitt von nichtmetallischen Werkstoffen, bei dem der zu bearbeitende Nichtmetall-Stoff der Einwirkung eines Plasma-Bogens unterzogen wird, und der zu bearbeitende Nichtmetall-Stoff zwischen einem Plasmatron und einer zusätzlichen umschmelzbaren Elektrode (Anode) eingegeben wird, gekennzeichnet dadurch, daß der Plasma-Bogen (12) mit einer vertikalen Bewegung der Anoden-Elektrode in bezug auf das Plasmatron (Dbiszur erforderlichen Länge gezogen wird, wobei der zu bearbeitende Nichtmetall-Stoff der direkten Einwirkung des gezogenen Plasma-Bogens unterzogen wird und die zusätzliche umschmelzbare Elektrode (Anode) in Rotationsbewegung gesetzt wird.
2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß am Gehäuse (2) des Plasmatrons (1) eine winkelförmige Zahnstange (4) befestigt ist und an der Zahnstange (4) ein Isolierübergangsring (6) mit Scheibe (5) montiert ist, wobei am Isolierübergangsring (6) ein Metallstück (8) aingeordnet ist, in dem Kühlkanäle ausgeführt sind und im unteren Ende des Metallstückes (8) eine zusätzliche unschmelzbare Elektrode (11) (Anode) vorgesehen ist, wobei senkrecht zur Zahnstange (4) ein Schaft (14) befestigt ist, der mit dem Antrieb der Vorrichtung in Verbindung steht.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß die zusätzliche unschmelzbare Elektrode (11) (Anode) aus einem Rohr (18) besteht, dessen eines Ende verstärkt ist, wobei sein anderes Ende durch eine Mutter (19) mit einem Zylinder (17 verbunden ist, an dessen Außenfläche eine Übertragungsscheibe ausgebildet und im Zylinder (17) eine zum Rohr (18) koaxiale Achse (16) gelagert ist, die am Ständer (22) befestigt ist, wobei am Ständer (22) eine Graphitelektrode (121) angebaut und in der Achse (16) ein Eingangsstutzen (15) montiert ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß die zusätzliche unschmelzbare Elektrode (11) (Anode) aus einem Zylinder (25) besteht, an dessen Außenfläche eine Übertragungsscheibe ausgebildet ist, welcher mit einer Graphitelektrode (28) verbunden ist, und im vorderen Ende des Zylinders (25) ein gekühlter Metallkopf (27) angeordnet ist, der zum Zylinder (25) durch eine Kontermutter (26) gesichert ist, wobei am anderen Ende des Zylinders (25) eine mit einem variablen Außendurchmesser an einem Ende ausgeführte Achse (29) gelagert ist, die querliegende Bohrungen aufweist, wobei in der Achse (29) ein Rohr (24) konzentrisch vorgesehen ist, und die Achse (29) und das Rohr (24) in einem kurzen Zylinder (23), am ^v Metallstück (8) befestigt sind, welches mit querliegenden Bohrungen versehen ist.