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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schweißen oder Schneiden mittels eines Lichtbogens, insbesondere zum Wolfram-Inertgasschweißen oder zum Plasmaschweißen, wobei der Lichtbogen zwischen einer Elektrode eines Brenners und einem zu bearbeitenden Werkstück initiiert wird.
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Stand der Technik
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Beim Wolfram-Inertgasschweißen (WIG-Schweißen) handelt es sich um ein Lichtbogenschweißverfahren, das beispielsweise zum Auftragsschweißen, Verschweißen oder Verlöten von ein, zwei oder mehreren Werktücken aus metallischen Werkstoffen verwendet wird. Das Werkstück und eine Elektrode eines entsprechenden Brenners zum Wolfram-Inertgasschweißen werden elektrisch mit einer Schweißstromquelle verbunden. Die Elektrode ist dabei aus reinem oder dotiertem Wolfram zusammengesetzt. Ein Lichtbogen brennt zwischen der Elektrode und dem Werkstück. Das Werkstück wird dabei zumindest teilweise aufgeschmolzen und bildet dort das Schmelzbad. Zumeist wird die Elektrode als Kathode verwendet und das Werkstück als Anode, wobei Elektronen von der Elektrode aus in das Werkstück übergehen.
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Das Plasmaschweißen ist eine spezielle Ausführung des Wolfram-Inertgasschweißens. Beim Plasmaschweißen werden wenigstes zwei unabhängige Gase bzw. Gasgemische benötigt. Zum einen ein Plasmagas bzw. Zentrumsgas, welches durch die hohe Temperatur und die hohe Energie des Lichtbogens (zumindest teilweise) ionisiert wird. Durch den Lichtbogen wird somit ein Plasma erzeugt. Als Plasmagas wird insbesondere Argon oder ein Gasgemisch aus Argon mit Anteilen an Wasserstoff oder Helium verwendet. Das Außengas fungiert dabei als ein Schutzgas.
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Beim Schweißen oder Schneiden, insbesondere beim Wolfram-Inertgasschweißen bzw. beim Plasmaschweißen von Aluminium, Aluminiumlegierungen, Bronze oder weiteren Werkstoffen, die hochschmelzende Oxide bilden, wird häufig die Polarität der Elektrode des jeweiligen Brenners und des Werkstücks umgekehrt. Die Elektrode wird dann als Anode verwendet und das Werkstück als Kathode. Somit gehen Elektronen von dem Werkstück in die Elektrode über. Durch diese aus dem Werkstück austretenden Elektronen kann eine Oxidschicht, welche sich auf dem Werkstück bildet, aufgelöst werden, wodurch eine Reinigungswirkung erzielt wird.
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Um beim Schweißen oder Schneiden von derartigen Werkstoffen den Energieeintrag in das Werkstück zu erhöhen, können heliumhaltige oder wasserstoffhaltige Schutzgase eingesetzt werden. Bei Verwendung dieser Gase bzw. Gasgemische und bei Verwendung der Elektrode als Anode kommt es jedoch oftmals zu hohen Zündspannungen und zu Zündproblemen beim Zünden bzw. Initiieren des Lichtbogens. Gase bzw. Gasgemische, welche beim Schweißen oder Schneiden von Werkstoffen, die keine hochschmelzenden Oxide bilden, vorteilhafte Eigenschaften besitzen, können für Werkstoffe, die hochschmelzende Oxide bilden, aufgrund von Zündproblemen bzw. Zündaussetzer zumeist nicht eingesetzt werden. Beispielsweise können Gase mit einer hohen Ionisierungsspannung und/oder einer reduzierenden Wirkung zu Zündproblemen führen. Insbesondere für die automatisierte Fertigung beim automatisierten Schweißen oder Schneiden sind solche Zündprobleme bzw. Zündaussetzer nicht tragbar.
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Weiterhin weißt das zumeist ebene, flächige Werkstück aufgrund seiner Geometrie, seiner chemischen Zusammensetzung sowie einer geringen Temperatur schlechte Austrittsbedingung für die Emission von Elektronen auf. Folglich steigen die erforderliche elektrische Feldstärke und damit die notwendige Zündspannung zum Initiieren des Lichtbogens. Derartige hohe Zündspannungen sind schwierig zu kontrollieren und erfordern oftmals spezielle kostenintensive Zündgeräte. Des Weiteren bedürfen hohe Zündspannungen einer aufwendigen und platzeinnehmenden Brennerisolation. Weiterhin führen hohen Zündspannungen zu starken elektromagnetischen Feldern, welche elektronische Peripheriegeräte stören können. Hohe Zündspannungen können unbeabsichtigt auf andere Bauteile überspringen und diese stören oder gar zerstören.
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Wenn die Elektrode beim Plasmaschweißen als Kathode verwendet wird, können Hilfsstromquellen verwendet werden, die für eine Vorionisierung der freien Lichtbogenstrecke zwischen Elektrode und Werkstück sorgen und somit die Zündung (Initiierung) des Lichtbogens ermöglichen. Beispielsweise kann zwischen der Elektrode (als Kathode) und einem weiteren Element des Brenners (als Anode), insbesondere einer Plasma- oder Schutzgasdüse, ein Pilotlichtbogen (bzw. Hilfslichtbogen) gezündet werden. Dieser Hilfslichtbogen ist ein sogenannter nicht übertragener Lichtbogen. Mittels dieses Hilfslichtbogens kann der Lichtbogen (bzw. Hauptlichtbogen) zwischen der Elektrode und dem Werkstück initiiert werden. Der Lichtbogen bzw. Hauptlichtbogen ist ein übertragener Lichtbogen.
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Bei der Pluspoltechnik, also bei Verwendung der Elektrode als Anode, ist der Einsatz eines Hilfslichtbogens jedoch nicht möglich. Die Plasma- oder Schutzgasdüse, welche zumeist als Kupferdüse gefertigt ist, müsste dabei als Kathode fungieren. Jedoch bietet die Plasma- oder Schutzgasdüse schlechte Austrittsbedingungen für die Elektronen, so dass die Initiierung eines stabilen Hilfslichtbogens zumeist nicht möglich ist.
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Es ist daher wünschenswert, das Schweißen oder Schneiden mittels eines Lichtbogens, insbesondere das Wolfram-Inertgasschweißen oder Plasmaschweißen dahingehend zu verbessern, dass der Lichtbogen leichter initiiert werden kann und dass Zündprobleme und Zündaussetzer vermieden werden können.
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Kurzfassung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Schweißen oder Schneiden mittels eines Lichtbogens, insbesondere zum Wolfram-Inertgasschweißen oder zum Plasmaschweißen, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für alle Arten des Schweißens und/oder Schneidens mittels eines Lichtbogens, insbesondere für das Wolfram-Inertgasschweißen oder das Plasmaschweißen. Der Lichtbogen wird zwischen einer Elektrode eines Brenners und einem zu bearbeitenden Werkstück initiiert. Der entsprechende Brenner zum Schweißen oder Schneiden ist insbesondere als ein Schweißbrenner zum Wolfram-Inertgasschweißen oder zum Plasmaschweißen ausgebildet. Die Elektrode des Brenners ist insbesondere eine nicht abschmelzende Elektrode. Die Elektrode und das Werkstück werden jeweils mit einem Pol einer Lichtbogenstromquelle verbunden. Elektrode und Werkstück werden somit mit einem Lichtbogenstrom bestromt.
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Zur Initiierung des Lichtbogens wird gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Aspekt gezielt ein Abstand zwischen der Elektrode und dem Werkstück reduziert. Gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Aspekt wird zur Initiierung des Lichtbogens eine Ladungsträgerdichte in einer Zündstrecke zwischen der Elektrode und dem Werkstück erhöht. Gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Aspekt wird zur Initiierung des Lichtbogens eine elektrische Feldstärke an dem Werkstück und/oder an der Elektrode erhöht. Insbesondere wird die elektrische Feldstärke direkt an dem Werkstück bzw. an der Elektrode oder insbesondere in einem Bereich vor dem Werkstück bzw. vor der Elektrode erhöht. Insbesondere wird die elektrische Feldstärke an demjenigen Bauteil erhöht, welches als Kathode verwendet wird. Alle drei Aspekte der Erfindung können alternativ oder in verschiedenen Kombinationen eingesetzt werden.
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Vorteile der Erfindung
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Durch jeden der drei erfindungsgemäßen Aspekte wird jeweils eine Zündspannung zur Initiierung des Lichtbogens verringert. Das Initiieren des Lichtbogens wird erheblich erleichtert. Zündprobleme und Zündaussetzer werden vermieden und die Zündsicherheit wird erhöht. Die Komplexität einer entsprechenden Vorrichtung bzw. eines entsprechenden Brenners zum Schweißen oder Schneiden kann reduziert werden, Herstellungs- und Instandhaltungskosten der Vorrichtung können gesenkt werden.
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Spezielle kostenintensive Zündgeräte sowie aufwendige und platzeinnehmende Brennerisolationen werden nicht mehr benötigt. Durch die Verringerung der Zündspannung kann das Auftreten von starken elektromagnetischen Feldern reduziert werden. Es kann vermieden werden, dass hohe Zündspannungen unbeabsichtigt auf andere Bauteile überspringen. Somit können Störungen und Zerstörung von anderen Bauteilen und Peripheriegeräten vermieden werden. Durch das Vermeiden von Zündproblemen und Zündaussetzern kann beispielsweise eine Automatisierung des Schweiß- bzw. Schneidprozesses erheblich erleichtert und kostengünstig realisiert werden.
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Insbesondere kann eine Abstands- bzw. Höhenregelung mit den anderen erfinderischen Aspekten kombiniert werden, mittels welcher der Abstand zwischen Elektrode und Werkstück gezielt verändert werden kann, auch während des Schweiß- bzw. Schneidprozesses. Insbesondere wird somit zum Initiieren des Lichtbogens ein anderer, geringerer Abstand zwischen Elektrode und Werkstück eingestellt, als während des anschließenden Schweiß- bzw. Schneidprozesses. Insbesondere kann auch eine Berührungszündung implementiert werden, bei welcher Elektrode und Werkstück zur Berührung gebracht werden, um den Lichtbogen zu initiieren. Der Abstand zwischen Elektrode und Werkstück wird zum Initiieren des Lichtbogens somit insbesondere auf ein Minimum reduziert, insbesondere auf Null.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Elektrode des Brenners als Anode bestromt und das zu bearbeitenden Werkstück wird als Kathode bestromt (sog. Pluspoltechnik). Wie eingangs erläutert, ergeben sich bei der dieser Polung von Elektrode und Werkstück Nachteile und Probleme im Vergleich zu einer umgekehrten Polung der Elektrode als Kathode und des Werkstücks als Anode. Diese Nachteile und Probleme können durch das Initiieren des Lichtbogens gemäß Erfindung vermieden werden. Beim herkömmlichen Schweißen oder Schneiden mit einer als Anode bestromten Elektrode ergeben sich oftmals hohe Zündspannungen und es können Zündprobleme auftreten. Durch jeden der drei erfindungsgemäßen Aspekte wird die Zündspannung jedoch verringert und Zündprobleme sowie Zündaussetzer werden vermieden. Durch die Erfindung kann das Schweißen oder Schneiden mit einer als Anode bestromten Elektrode verbessert und vereinfacht werden.
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Mit der Polung der Elektrode als Anode und des Werkstücks als Kathode wird insbesondere ein Schweißen oder Schneiden, insbesondere ein Wolfram-Inertgasschweißen oder Plasmaschweißen von Aluminium, Aluminiumlegierungen, Bronze oder weiteren Werkstoffen, die hochschmelzende Oxide bilden, durchgeführt. Wie eingangs erläutert, kann dann durch die aus dem Werkstück austretenden Elektronen eine Oxidschicht, welche sich auf dem Werkstück bildet, aufgelöst werden, wodurch eine Reinigungswirkung erzielt wird.
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Die Ladungsträgerdichte in der Zündstrecke wird vorzugsweise durch eine oder mehrere der folgenden Maßnahmen erhöht: Die Elektrode und/oder das Werkstück werden bevorzugt mit hochenergetischer Strahlung bestrahlt, insbesondere mit einer Laserstrahlung. Die Elektrode und/oder das Werkstück bzw. das die beiden Elektroden umgebende Gas werden bevorzugt durch eine Heizspule erwärmt. Bevorzugt wird ein nicht übertragener Lichtbogen gezündet. Die Elektrode und/oder das Werkstück werden bevorzugt temperiert. Ein Werkstoff der Elektrode und/oder des Werkstücks wird bevorzugt verdampft.
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Dieser nicht übertragene Lichtbogen wird insbesondere zwischen dem Werkstück und einer weiteren insbesondere nicht abschmelzenden Elektrode oder zwischen zwei Elektroden, welche nicht zwingend für den Schweißprozess verwendet werden müssen, gezündet. Elektrode bzw. Werkstück können jeweils insbesondere durch eine zusätzliche Stromquelle temperiert werden, welche mit der Elektrode bzw. dem Werkstück elektrisch verbunden wird. Durch eine ausreichend hohe Temperierung von Elektrode bzw. Werkstück kann der entsprechende Werkstoff der Elektrode bzw. des Werkstücks verdampft werden.
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Die Ladungsträgerdichte in der Zündstrecke wird somit insbesondere durch eine oder mehrere von dem Lichtbogen unabhängige, zusätzliche Quellen erhöht. Für diese unabhängigen Quellen kann insbesondere jeweils eine entsprechende Vorrichtung vorgesehen sein, beispielsweise ein Laser, die Heizspule, die weitere insbesondere nicht abschmelzende Elektrode oder die zusätzliche Stromquelle. Diese entsprechende Vorrichtung kann in den Brenner zum Schweißen oder Schneiden selbst integriert werden oder auch zusätzlich an diesem angebracht werden (Add-On), beispielsweise an einer Seite des Brenners.
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Vorteilhafterweise wird ein Zünd-Pin in das Werkstück eingebracht. Dieser Zünd-Pin kann beispielsweise durch eine Bohrung in dem Werkstück eingebracht und fixiert werden. Zum Zeitpunkt der Zündung befindet sich der Zünd-Pin in der Lichtbogenachse. Der Lichtbogen setzt insbesondere an diesem Zünd-Pin an dem Werkstück an. Durch diesen Zünd-Pin wird insbesondere der Abstand zwischen der Elektrode und dem Werkstück reduziert. Weiterhin wird insbesondere die elektrische Feldstärke durch den Zünd-Pin erhöht.
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Wenn das Werkstück vorzugsweise als Kathode bestromt wird (Pluspoltechnik), wird die Kathodenfläche durch Verwendung dieses Zünd-Pins insbesondere stark verkleinert. Eine Feldverzerrung und insbesondere die elektrische Feldstärke an dem Werkstück bzw. in einem Bereich des Pins werden somit mit Hilfe des Zünd-Pins erhöht. Elektronen können leichter aus der Kathode herausgelöst werden. Zudem kann der Zünd-Pin beim Initiieren des Lichtbogens zumindest teilweise verdampfen, wodurch zusätzliche Ladungsträger zur Verfügung stehen. Somit wird durch den Zünd-Pin die Ladungsträgerdichte in der Zündstrecke zwischen Elektrode und Werkstück erhöht. Durch den Zünd-Pin kann das Initiieren des Lichtbogens erheblich verbessert werden.
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Beispielsweise beim Plasmaschweißen bietet die Verwendung eines derartigen Zünd-Pins den Vorteil, dass nur noch eine Stromquelle notwendig ist. Insbesondere kann bei Verwendung des Zünd-Pins beim Plasmaschweißen auf einen Hilfslichtbogen und somit auf eine zusätzliche Stromquelle für diesen Hilfslichtbogen verzichtet werden, um den Lichtbogen zu initiieren. Komplexität und Kosten beim Plasmaschweißen können somit reduziert werden.
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Vorzugsweise wird ein stabförmiger und/oder zylindrischer Körper als Zünd-Pin in das Werkstück eingebracht. Insbesondere ist der Zünd-Pin aus dem Material des Werkstücks oder des Zusatzwerkstoffs gefertigt. Durch den Lichtbogen wird der Zünd-Pin insbesondere aufgeschmolzen, wodurch das Material des Zünd-Pins in das Schmelzbad übergeht.
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Vorteilhafterweise wird ein Gasgemisch mit einem Anteil von aktiven Gasen zugeführt, insbesondere mit einem Anteil von 1 bis 100 ppm, 100 bis 1000 ppm, 1000 bis 10000 ppm, 1 bis 5%, 5 bis 10%, 10 bis 15% oder 15 bis 20%. Vorzugsweise wird somit ein Gasgemisch mit einem vergleichsweise geringen Anteil von aktiven Gasen zugeführt. Als aktives bzw. oxidierendes Gas wird bevorzugt Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch und/oder Kohlendioxid oder ein kohlendioxidhaltiges Gasgemisch verwendet. Durch diesen Anteil von aktiven Gasen kann insbesondere eine gezielte Oxidation der Oberfläche der Elektrode und/oder des Werkstücks erreicht wird. Das Initiieren des Lichtbogens ist insbesondere abhängig von der Oberfläche der Kathode und der Anode. Durch die Oxidation der Oberfläche kann das Initiieren des Lichtbogens vereinfacht werden. Insbesondere wird durch die Oxidation der Oberfläche die Austrittsarbeit von Elektronen aus der Elektrode bzw. aus dem Werkstück verringert und es entsteht eine starke Feldverzerrung. Austrittsbedingungen für die Elektronenemission können somit verbessert werden. Durch eine verringerte Austrittsarbeit werden wiederum die benötigte Feldstärke und die benötigte Zündspannung zum Initiieren des Lichtbogens reduziert.
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Vorzugsweise wird das Gasgemisch während einer Zündphase und/oder während einer Abschaltphase zugeführt. Während der Zündphase wird der Lichtbogen insbesondere am Anfang des Schweiß- bzw. Schneidprozesses initiiert. Als Abschaltphase ist insbesondere das Ende des Schweiß- bzw. Schneidprozesses zu verstehen. Durch Zuführen des Gasgemischs während der Abschaltphase eines Schweiß- bzw. Schneidprozesses kann somit das Initiieren des Lichtbogens im Zuge eines nächsten Schweiß- bzw. Schneidprozesses vereinfacht werden.
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Vorzugsweise werden zum Schweißen oder Schneiden ein Schutzgas und/oder ein Plasmagas mit einem Anteil von Helium und/oder von Wasserstoff zugeführt. Der Anteil von Helium und/oder von Wasserstoff wird zum Initiieren des Lichtbogens vorzugsweise reduziert. Für das anschließende Schweißen oder Schneiden, nachdem der Lichtbogen gezündet wurde, wird der Anteil von Helium und/oder von Wasserstoff erhöht. Insbesondere wird während des Schweißens oder Schneidens ein vergleichsweise hoher Anteil von Helium und/oder von Wasserstoff eingestellt, insbesondere ein Anteil von bis zu 100% Helium bzw. bis zu 15% Wasserstoff eingestellt. Beispielsweise werden 85% Helium und 15% Wasserstoff, 90% Helium und 10% Wasserstoff, oder 95% Helium und 5% Wasserstoff eingestellt. Während des Initiieren des Lichtbogens wird insbesondere ein vergleichsweise geringer Anteil von Helium und/oder von Wasserstoff eingestellt, insbesondere ein Anteil von Null oder wenigen Prozent, wie z. B. 1, 2, 3, 4 oder 5%.
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Zum Einstellen des Anteils von Helium und/oder von Wasserstoff können beispielsweise zweckmäßige Ventile in einer Schutzgas- bzw. Plasmagasleitung vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine entsprechende Schutzgas- bzw. Plasmagaszufuhr eine geeignete Mischvorrichtung aufweisen. Durch Reduzieren des Anteils von Helium und/oder von Wasserstoff während des Initiierens des Lichtbogens wird insbesondere eine Ionisationsspannung reduziert. Somit kann wiederum die nötige Zündspannung reduziert werden und Zündprobleme können vermieden werden.
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Wie eingangs erläutert, werden für das Schweißen oder Schneiden von Werkstoffen, die hochschmelzende Oxide bilden, insbesondere von Aluminium, Aluminiumlegierungen oder Bronze, die Elektrode des Brenners als Anode und das Werkstück als Kathode bestromt (Pluspoltechnik). Beim derartigen Schweißen oder Schneiden kann es bei Zufuhr von heliumhaltigen oder wasserstoffhaltigen Schutzgasen oftmals zu hohen Zündspannungen und zu Zündproblemen kommen. Durch das vorteilhafte Reduzieren des Anteils von Wasserstoff und/oder Helium können diese Nachteile jedoch vermieden werden. Somit wird es ermöglicht, dass Gase bzw. Gasgemische, welche beim Schweißen oder Schneiden von Werkstoffen, die keine hochschmelzende Oxide bilden, vorteilhafte Eigenschaften besitzen, auch für Werkstoffe verwendet werden können, die hochschmelzende Oxide bilden.
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Bevorzugt wird zur Initiierung des Lichtbogens ein Hilfslichtbogen zwischen der Elektrode und einem Bauteil des Brenners gezündet. Insbesondere wird der Hilfslichtbogen zwischen der Elektrode und einer Plasma- und/oder Schutzgasdüse als Bauteil des Brenners gezündet. Der Hilfslichtbogen ist insbesondere ein nicht übertragener Lichtbogen. Durch den Hilfslichtbogen wird insbesondere ein Hilfslichtbogenplasma erzeugt. Durch den Hilfslichtbogen wird die Ladungsträgerdichte in der Zündstrecke zwischen Elektrode und Werkstück erhöht.
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Vorzugsweise wird bei der Pluspoltechnik zunächst dieses Bauteil des Brenners als Anode und die Elektrode des Brenners als Kathode bestromt. Der Hilfslichtbogen wird gezündet und brennt zwischen dem als Anode bestromten Brennerbauteil und der als Kathode bestromten Elektrode. Durch die Bestromung des Bauteils als Anode und der Elektrode als Kathode kann der Hilfslichtbogen stabil zwischen Bauteil und Elektrode brennen. Nach einem vordefinierten Zeitintervall wird der Hilfslichtbogen abgeschaltet und der Lichtbogen (bzw. Hauptlichtbogen) wird gezündet. Der Hilfslichtbogen kann dabei zeitgleich mit der Zündung des Lichtbogens abgeschaltet werden oder der Hilfslichtbogen kann in einem vorbestimmten Zeitabstand (beispielsweise 0,1 ms, 1 ms, 10 ms,) vor Zündung des Lichtbogens abgeschaltet werden. Dieser vorbestimmte Zeitabstand ist dabei insbesondere geringer, als eine Abklingzeit des Hilfslichtbogenplasmas, damit die Zündstrecke bis zur Initiierung des Lichtbogens ausreichend ionisiert bleibt. Zudem wird ausgenutzt, dass die brennerseitige Elektrode durch den Hilfslichtbogen vorgeheizt wird und dadurch beim Zünden des Hauptlichtbogens sehr viel einfacher Elektronen emittiert.
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Wie eingangs erläutert, ist der Einsatz eines Hilfslichtbogens herkömmlicherweise, wenn die Elektrode des Brenners als Anode bestromt wird, nicht möglich. Durch die bevorzugte Bestromung des Bauteils als Anode und der Elektrode als Kathode zum Zünden und Brennen des Hilfslichtbogens und durch die anschließende Umpolung zur Initiierung des Lichtbogens kann der Einsatz eines Hilfslichtbogens auch bei Verwendung der Pluspoltechnik ermöglicht werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung wird zum Zünden des Hilfslichtbogens zwischen der Elektrode und dem Bauteil ein Kathodenmaterial in das Bauteil des Brenners eingebracht, an welchem der Hilfslichtbogen ansetzt. Die Elektrode wird dabei bevorzugt als Anode bestromt und das Bauteil als Kathode. Wie eingangs erläutert, bieten Bauteile des Brenners, wie beispielsweise Plasma- und/oder Schutzgasdüsen, schlechte Austrittsbedingungen, wodurch die Initiierung eines stabilen Hilfslichtbogens bei Bestromung des Bauteils als Kathode zumeist nicht möglich ist. Durch das bevorzugte Einbringen des Kathodenmaterials in das Bauteil wird ein Zünden und stabiles Brennen des Hilfslichtbogens dennoch ermöglicht. Der Hilfslichtbogen wird zwischen der als Anode bestromten Elektrode und dem als Kathode bestromten Bauteil gezündet und brennt zwischen diesen. Das Kathodenmaterial wird dabei derart in das Bauteil eingebracht, dass der Hilfslichtbogen stabil an diesem Kathodenmaterial und somit stabil an dem Bauteil ansetzen kann.
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Insbesondere wird dotiertes Wolfram als Kathodenmaterial in das Bauteil eingebracht. Das Kathodenmaterial kann beispielsweise in Form eines Einsatzes in das Bauteil eingebracht werden. Dieser Einsatz kann beispielsweise mechanisch in das Bauteil gesteckt und wieder aus diesem entfernt werden. Das Kathodenmaterial kann auch fest mit dem Bauteil verbunden sein. Beispielsweise kann das Kathodenmaterial im Zuge eines Herstellungsprozesses des Bauteils gesintert oder gegossen werden.