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QUERVERWEIS AUF IN BEZIEHUNG STEHENDE ANMELDUNG
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Die vorliegende Anmeldung ist eine Non-Provisional einer US-Provisional mit der Nr. 62/029,837, die am 28. Juli 2014 eingereicht worden ist und deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme einbezogen wird.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Plasmaschneid oder -schweißsysteme. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung ein Plasmaschneidsystem, das einen automatisierten Plasmabrenner aufweist.
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HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
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Plasmabrenner, die auch als elektrische Brenner bekannt sind, werden im Allgemeinen zum Schneiden, Markieren, Fugenhobeln und Schweißen von Metallwerkstücken durch Richten eines Hochenergieplasmastroms, der aus ionisierten Gaspartikeln besteht, in Richtung eines Werkstücks verwendet. Bei einem typischen Plasmabrenner wird das zu ionisierende Gas einem distalen Ende des Brenners zugeführt und strömt an einer Elektrode vorbei, bevor es durch eine Öffnung in der Spitze oder einer Düse des Plasmabrenners austritt. Die Elektrode weist ein relativ negatives Potenzial auf und funktioniert als Kathode. Umgekehrt weist die Brennerspitze ein relativ positives Potenzial auf und funktioniert als Anode. Ferner ist die Elektrode in einer beabstandeten Beziehung zu der Spitze, wobei bei dem distalen Ende des Brenners ein Spalt erzeugt wird. Im Betrieb wird ein Pilotbogen in dem Spalt zwischen der Elektrode und der Spitze erzeugt, der das Gas erhitzt und nachfolgend ironisiert. Ferner wird das ionisierte Gas aus dem Brenner geblasen und erscheint als ein Plasmastrom, der sich von der Spitze aus distal erstreckt. Während das distale Ende des Brenners zu einer Position nahe des Werkstücks bewegt wird, springt der Bogen von der Brennerspitze zu dem Werkstück oder wird zu dieser überführt, da der Widerstand des Werkstücks zur Erde geringer ist als der Widerstand der Brennerspitze zur Erde bzw. zur Masse. Dementsprechend dient das Werkstück als Anode und der Plasmabrenner wird in einem „Übertragungsbogen”-Modus betrieben.
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Bei Anwendungen automatisierter Plasmabrenner wird der Plasmabrenner bei Stromhöhen zwischen in etwa 10 A und 1000 A oder mehr betrieben. Bei den höheren Stromhöhen wird der Brenner entsprechend bei relativ höheren Temperaturen betrieben. Dementsprechend müssen Komponenten und Verbrauchskomponenten ordnungsgemäß gekühlt werden, um Schäden oder einer Fehlfunktion vorzubeugen und die Betriebszeit und Schneidgenauigkeit des Plasmabrenners zu erhöhen. Um eine solche Kühlung bereitzustellen, werden Hochstromplasmabrenner im Allgemeinen wassergekühlt, auch wenn zusätzliches Kühlfluid eingesetzt werden kann, wobei eine Kühlmittelversorgung und Rückführrohre bereitgestellt werden, um den Strom des Kühlfluids durch den Brenner umzuwälzen. Weiterhin sind für einen ordnungsgemäßen Betrieb des automatisierten Plasmabrenners eine Vielzahl von Kühlmittel- und Gasdurchgängen durch die verschiedenen Brennerkomponenten bereitgestellt.
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Diese automatisierten Plasmabrenner werden typischerweise über einem Werkstück oder mehreren Werkstücken betrieben, die auf einem Aufnahmetisch positioniert und gehalten werden. Der automatisierte Plasmabrenner bearbeitet einen oder mehrere gewünschte Merkmale oder Muster bzw. Strukturen von den Werkstücken auf dem Tisch. Nach dem Bearbeiten verbleibt ein Restabschnitt des Werkstücks, auf den manchmal als Skelett Bezug genommen wird, der kein Teil der vorbestimmten geometrischen Strukturen ausbildet, auf dem Tisch und wird nachfolgend entfernt bzw. weggeworfen, bevor ein weiteres Werkstück zum Bearbeiten positioniert wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Beispielhafte Ansätze hierin stellen ein automatisiertes Plasmaschneidsystem bereit, das eine Unterstützung zur Aufnahme eines Werkstücks, ein Positioniersystem, das an der Unterstützung montiert ist, und einen automatisierten Plasmabrenner aufweist, der an dem Positioniersystem montiert ist. Mindestens eine Energieversorgung ist betriebsfähig mit dem automatisierten Plasmabrenner verbunden und stellt für einen Betrieb elektrische Leistung und einen Fluidstrom an dem automatisierten Plasmabrenner bereit. Eine Steuerung ist mit dem automatisierten Plasmabrenner und der mindestens einen Energieversorgung in Verbindung und ein Hilfsplasmabrenner ist betriebsfähig mit der Energieversorgung verbunden. Im Betrieb stellt die Energieversorgung elektrische Leistung und einen Fluidstrom an sowohl dem automatisierten Plasmabrenner als auch dem Hilfsplasmabrenner bereit. Der Hilfsplasmabrenner ist im Allgemeinen betreibbar, um verbleibende Abschnitte eines Werkstücks bei Fertigstellung des automatisierten Bearbeitens/Schneidens mit dem automatisierten Plasmabrenner zu bearbeiten/schneiden.
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Bei einem Ansatz kann das automatisierte Plasmaschneidsystem mindestens einen automatisierten Plasmabrenner, der an einem Positioniersystem montiert ist, und mindestens eine Energieversorgung, die betriebsfähig mit dem automatisierten Plasmabrenner verbunden ist, aufweisen, wobei die mindestens eine Energieversorgung elektrische Leistung und einen Fluidstrom an dem automatisierten Plasmabrenner bereitstellt. Das automatisierte Plasmaschneidsystem kann ferner eine Steuerung in Verbindung mit dem automatisierten Plasmabrenner und der mindestens einen Energieversorgung für einen Betrieb des automatisierten Plasmabrenners aufweisen. Das automatisierte Plasmaschneidsystem schließt ferner mindestens einen Hilfsplasmabrenner ein, der betriebsfähig mit der mindestens einen Energieversorgung verbunden ist, wobei die mindestens eine Energieversorgung elektrische Leistung und einen Fluidstrom an sowohl dem automatisierten Plasmabrenner als auch dem Hilfsplasmabrenner bereitstellt.
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Bei einem weiteren Ansatz kann das Plasmasystem eine Unterstützung zur Aufnahme eines Werkstücks, ein Positioniersystem, das an dem Tisch montiert ist, und einen automatisierten Plasmabrenner aufweisen, der an dem Positioniersystem montiert ist. Das System kann ferner mindestens eine Energieversorgung aufweisen, die betriebsfähig mit dem automatisierten Plasmabrenner verbunden ist, wobei die mindestens eine Energieversorgung elektrische Leistung und einen Fluidstrom an dem automatisierten Plasmabrenner bereitstellt. Das System kann ferner eine Steuerung in Verbindung mit dem automatisierten Plasmabrenner und der mindestens einen Energieversorgung für einen Betrieb des automatisierten Plasmabrenners aufweisen. Das Plasmasystem kann ferner einen Hilfsplasmabrenner aufweisen, der betriebsfähig mit der mindestens einen Energieversorgung verbunden ist, wobei die mindestens eine Energieversorgung elektrische Leistung und einen Fluidstrom an sowohl dem automatisierten Plasmabrenner als auch dem Hilfsplasmabrenner bereitstellt.
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Bei einem weiteren Ansatz schließt ein Verfahren ein Bereitstellen elektrischer Leistung und eines Fluidstroms von einer Energieversorgung an einem automatisierten Plasmabrenner und ein Bearbeiten eines Werkstücks unter Verwendung des automatisierten Plasmabrenners bereit, wobei der automatisierte Plasmabrenner durch eine Steuerung gesteuert wird, um einen Satz von Merkmalen des Werkstücks zu bearbeiten und ein Restskelett aus dem Werkstück zu erzeugen. Das Verfahren kann ferner das Bereitstellen elektrischer Leistung und eines Fluidstroms von der Energieversorgung an einem Hilfsplasmabrenner zum Bearbeiten des Restskeletts einschließen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Damit die Offenbarung einfach verständlich ist, werden nunmehr verschiedene Ausführungsformen mit Hilfe von Beispielen beschrieben, bei denen auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen wird, wobei:
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1 ein Blockdiagramm ist, das verschiedene Komponenten eines automatisierten Plasmabogenschneidsystems in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
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2 eine perspektivische Ansicht eines automatisierten Plasmabogenschneidsystems in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist;
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3 eine Draufsicht eines Werkstücks nach einer Verarbeitung in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist;
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4 eine vergrößerte Ansicht einer Energieversorgung des automatisierten Plasmabogenschneidsystems aus 1 in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist;
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5 eine bildhafte Wiedergabe eines Schnittstellenmoduls der Stromversorgung aus 4 in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung einschließt; und
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6 ein Flussdiagramm ist, das Verfahren zum Betätigen des automatisierten Plasmabogenschneitsystems in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen sind lediglich zum Zweck der Veranschaulichung und sind nicht dazu vorgesehen, den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung auf irgendeine Weise zu beschränken.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Offenbarung wird nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, bei denen verschiedene Ansätze gezeigt werden. Es ist jedoch verständlich, dass der offenbarte Brennergriff in vielen unterschiedlichen Ausführungsformen ausgeführt werden kann und nicht auf die hierin vorgebrachten Ansätze beschränkt ausgelegt werden sollte. Vielmehr sind diese Ansätze bereitgestellt, sodass die Offenbarung deutlich und vollständig ist und dem Fachmann den Schutzbereich vollständig vermittelt. Bei den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche bzw. ähnliche Elemente.
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Ein hierin in der Einzahl angegebenes Element oder angegebener Vorgang unter voranstehendem Wort „ein” oder „eine” ist nicht als mehrteilige Elemente oder Vorgänge ausschließend zu verstehen, es sei denn, dass ein solcher Ausschluss explizit angegeben wird. Darüber hinaus sind Bezugnahmen auf „einen Ansatz” der vorliegenden Offenbarung nicht dazu vorgesehen, das Vorhandensein weiterer Ansätze auszuschließen, die auch die angegebenen Merkmale einbeziehen.
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Darüber hinaus können relative räumliche Begriffe, wie zum Beispiel „unterhalb,” „unter,” „niedriger,” „mittig,” „oberhalb,” „über bzw. oberer/obere” und Ähnliches hierin zum Vereinfachen der Beschreibung einer Beziehung eines Elements zu einem anderen Element bzw. Elementen verwendet werden, die in den Figuren veranschaulicht sind. Es ist verständlich, dass die relativen räumlichen Begriffe unterschiedliche Ausrichtungen der Einrichtung bzw. Vorrichtung bei Verwendung oder Betätigung zusätzlich zu der in den Figuren gezeigten Ausrichtung umfassen können.
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Nunmehr bezugnehmend auf 1 und 2 wird ein automatisiertes Plasmaschneidsystem in Übereinstimmung mit der Lehre der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht und allgemein durch das Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Wie gezeigt, weist das automatisierte Plasmaschneidsystem 10 einen Tisch 20 zur Aufnahme eines Werkstücks 30, wie zum Beispiel ein Metallblech, zusammen mit einem Positioniersystem 40 auf, das an dem Tisch 20 montiert ist. Mindestens ein automatisierter Plasmabogenbrenner bzw. Plasmabrenner 50 ist an dem Positioniersystem 40 montiert und bei manchen Ausführungsformen sind mehrere automatisierte Plasmabrenner 50 an dem Positioniersystem 40 montiert, wie deutlicher in 2 gezeigt.
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Wie weiter gezeigt wird, ist zumindest eine Energieversorgung 60 betriebsfähig mit dem automatisierten Plasmabrenner 50 verbunden, wobei die Energieversorgung 60 für einen Betrieb elektrische Energie bzw. Leistung und einen Fluidstrom an dem automatisierten Plasmabrenner 50 bereitstellt. Bei anderen Ausführungsformen kann eine getrennte nicht gezeigte Fluidversorgungseinheit oder -einheiten bereitgestellt sein, anstatt einen Fluidstrom von der Energieversorgung 60 aus bereitzustellen. Der hierin verwendete Begriff „Fluid” ist als ein Gas oder eine Flüssigkeit einschließend auszulegen.
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Wie weiter gezeigt wird, ist eine Steuerung 70 mit dem automatisierten Plasmabrenner 50 und der Energieversorgung 60 in Verbindung. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann eine Steuerung 70 für eine Vielzahl von Energieversorgungen 60 und jeden korrespondierenden automatisierten Plasmabrenner 50 vorhanden sein, oder es kann eine Steuerung für jede Energieversorgung 60 vorliegen.
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Das automatisierte Plasmaschneidsystem 10 kann ferner einen Hilfsplasmabrenner 80 aufweisen, der betriebsfähig mit der Energieversorgung 60 verbunden ist, wobei die Energieversorgung 60 elektrische Leistung und einen Fluidstrom sowohl dem automatisierten Plasmabrenner 50 als auch dem Hilfsplasmabrenner 80 bereitstellen kann. Bei einer Ausführungsform ist der Hilfsplasmabrenner 80 ein Gasplasmabrenner, der entweder mit einer hohen Frequenz oder niedrigen Spannungsversorgung betätigbar ist, sodass der Brenner zu einem Hochfrequenzstart oder einem Kontaktstart imstande ist, woraus ein Doppelmodusbrenner resultiert. Genauer gesagt kann bei einer Ausführungsform der Hilfsplasmabrenner 80 ein Dualmodusplasmabrenner einschließlich einer Elektrode, einer Spitze und einer Startpatrone bzw. -kartusche sein, die zwischen der Elektrode und der Spitze angeordnet ist, wobei die Startpatrone einen Initiator in elektrischem Kontakt mit der Elektrode und in Kontakt mit der Spitze aufweist. Bei einer weiteren Ausführungsform schließt der Hilfsplasmabrenner 80 eine Elektrode, eine Spitze und eine Kontaktstartpatrone für einen Kontaktstartmodus und/oder eine Hochfrequenzstartpatrone für einen Hochfrequenzstartmodus ein. In einer noch weiteren Ausführungsform stellt der Hilfsplasmabrenner 80 einen Kontaktstartplasmabrenner einschließlich eines zusätzlichen dielektrischen Abstandshalters dar, der so dimensioniert sein kann, dass der Kontaktstartplasmabrenner mit einer Hochfrequenz betätigt werden kann.
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Bei einer Ausführungsform ist der Hilfsplasmabrenner 80 für einen manuellen Betrieb eingerichtet. Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Hilfsplasmabrenner 80 an dem Positioniersystem 40 montiert und wird durch die Steuerung 70 gesteuert. Darüber hinaus kann der Hilfsplasmabrenner mit einer einzelnen Gasquelle oder mehreren Gasquellen betrieben werden.
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Weiterhin kann bei alternativen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine weitere Schneid- oder Schweißeinrichtung, wie zum Beispiel ein Schweißbrenner (zum Beispiel SMAW, GMAW) oder ein Gasschneidbrenner auf ähnliche Weise als Hilfseinrichtung bereitgestellt werden und können betriebsfähig mit der Energieversorgung verbunden sein. Auf ähnliche Weise kann eine weitere automatisierte Schneid- oder Schweißeinrichtung, wie zum Beispiel ein Schweißbrenner (zum Beispiel SMAW, GMAW) oder ein Gasschneidbrenner bereitgestellt sein. Dementsprechend sollten die hierin beschriebenen automatisierten und Hilfseinrichtungen nicht auf Plasmabrenner beschränkt ausgelegt werden, sondern können stattdessen eine andere Schneid- oder Schweißeinrichtung, entweder alleine oder in Kombination mit Plasmabrennern, sein.
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Wie weiterhin in 1 gezeigt, kann die Energieversorgung 60 einen modularen Aufbau 65 aufweisen, der eine oder mehrere Steuerungen, Verbinder, Gasversorgungen, Indikatoren, elektronische Schaltkreise bzw. Schaltungen und in Beziehung stehende Systeme zum Betreiben des Hilfsplasmabrenners 80 aufweisen. Bei einer Ausführungsform ist der modulare Aufbau 65, wie gezeigt, in der Energieversorgung 60 angeordnet. Bei einer alternativen Ausführungsform ist der modulare Aufbau 65 außerhalb der Energieversorgung 60 angeordnet.
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Nunmehr mit Bezugnahme auf 3 wird die Verarbeitung des Werkstücks 30 in Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen detaillierter beschrieben. Das Werkstück 30 kann, wie gezeigt, auf dem Tisch 20 positioniert sein, wo es unter Verwendung eines oder mehrerer automatisierter Plasmabrenner 50 bearbeitet wird, um einen Satz von Merkmalen 85A–D zu verarbeiten/erzeugen, die Teile oder Ausschnitte von Material von dem Werkstück 30 sein können. Die Verarbeitung durch den automatisierten Plasmabrenner 50 erzeugt ferner ein Restskelett 88 des Werkstücks 30. Wie gezeigt korrespondiert das Restskelett 88 mit den Abschnitten des Werkstücks 30, die nach dem Verarbeiten, wie zum Beispiel Schneiden, des Werkstücks 30 verbleiben, um den Satz Merkmale 85A–D auszubilden.
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Nachdem das Werkstück 30 durch einen oder mehrere der automatisierten Plasmabrenner 50 verarbeitet worden ist, kann der Hilfsplasmabrenner 80 das Restskelett 88 verarbeiten, wie zum Beispiel durch Schneiden. Bei einer Ausführungsform wird elektrische Leistung und ein Fluidstrom von der Energieversorgung 60 zu dem Hilfsplasmabrenner 80 zum Verarbeiten des Restskeletts 88 zugeführt, zum Beispiel unmittelbar nach dem das automatisierte Verarbeiten durch die automatisierten Brenner 50 abgeschlossen ist. Bei anderen Ausführungsformen können jedoch sowohl der Hilfsplasmabrenner 80 als auch der automatisierte Plasmabrenner 50 gleichzeitig betätigt werden. Beispielsweise kann der Hilfsplasmabrenner 80 bei einem Ende des Tischs 20 betätigt werden, während der automatisierte Plasmabrenner 50 bei einem anderen Ende des Tischs 20 betätigt wird, entweder an dem Restskelett 88 oder an dem Werkstück 30. In diesem Fall kann ein getrennter Stromregler bei der Energieversorgung 60 vorgesehen sein, um Leistung und einen Fluidstrom gleichzeitig bereitstellen zu können.
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Bei einer Ausführungsform schließt die Steuerung 70 eine oder mehrere Fehlfunktionssicherungen ein, um einem Betrieb des automatisierten Plasmabrenners 50 in einer vorbestimmten Umgebung des Hilfsplasmabrenners 80 vorzubeugen, wenn beide gleichzeitig betätigt werden. Diese Fehlfunktionssicherungen können beispielsweise Näherungssensoren aufweisen, die beispielsweise ein Signal bereitstellen, um einen Kontakt zu öffnen, sodass der automatisierte Plasmabrenner 50 keine Leistung empfängt. Zusätzliche Signale können unter anderem Spannungs- und/oder Stromhöhen, Gasdruck- und/oder Strömungsgeschwindigkeitsignale einschließen. Darüber hinaus kann die Steuerung 70 eingerichtet sein, einem gleichzeitigen Betrieb beider Brenner bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorzubeugen, beispielsweise unter Verwendung der hierin dargelegten Sicherungen.
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Es ist auch verständlich, dass der Hilfsplasmabrenner 80 verwendet werden kann, um das gesamte Werkstück 30 zu bearbeiten und als solcher nicht nur auf ein Schneiden des Restskeletts 88 beschränkt ist. Beispielsweise kann der Hilfsplasmabrenner 80 das Werkstück 30 bearbeiten, bevor der automatisierte Plasmabrenner 50 seinen Betrieb beginnt, oder der Hilfsplasmabrenner 80 kann verwendet werden, den Satz von Merkmalen 85A–D, der durch den automatisierten Plasmabrenner 50 bearbeitet wurde, zu überarbeiten.
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Nunmehr bezugnehmend auf 4 wird eine beispielhafte Schnelllösarmatur 90 in Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben. Die Energieversorgung 60 kann, wie gezeigt, die Schnelllösarmatur 90 zum Anbringen des Hilfsplasmabrenners 80 aufweisen. Die Schnelllösarmatur 90 ist für eine Verwendung zwischen der Energieversorgung 60 und einer Brennerelektrode bei dem Hilfsplasmabrenner 80 eingerichtet. Bei beispielhaften Ausführungsformen stellt die Schnelllösarmatur 90 eine Verbindung für sowohl den Fluidstrom als auch die elektrische Leistung, zum Beispiel einer Spannung und/oder einem Strom, zwischen der Energieversorgung 60 und dem Hilfsplasmabrenner 80 bereit, bei gleichzeitiger Bereitstellung einer Verbindung, die im Einsatz schnell in Eingriff und aus dem Eingriff gebracht werden kann.
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Bei einer Ausführungsform weist die Schnelllösarmatur 90 ein Steckergehäuse auf, das an einer Brennerelektrode bzw. -leitung gesichert ist, welches mit einem Buchsengehäuse, das an der Energieversorgung 60 gesichert ist, im Eingriff ist, wobei ein Verriegelungsring, der um das Steckergehäuse angeordnet ist, mit dem Buchsengehäuse in Eingriff geht, um das Steckergehäuse mit dem Buchsengehäuse zu sichern. Alternativ kann das Steckergehäuse an der Energieversorgung 60 gesichert sein und das Buchsengehäuse kann an der Brennerleitung gesichert sein. Ferner sind eine Vielzahl von Fluidleitern und elektrischen Leitern in dem Stecker- und Buchsengehäuse angeordnet, die eine in dem Steckergehäuse oder alternativ dem Buchsengehäuse gesicherte negative Leitung und einen Gastragestift bzw. gasüberführenden Stift aufweisen, welcher mit einer in dem Buchsengehäuse oder alternativ dem Steckergehäuse gesicherten Hauptenergiebuchse im Eingriff ist, jedoch nicht darauf beschränkt ist.
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Im Betrieb kann der Hilfsplasmabrenner 80 in einem Schnellwiederanbringmodus betrieben werden, wenn die Energieversorgung 60 betriebsfähig mit sowohl dem automatisierten Plasmabrenner 50 als auch dem Hilfsplasmabrenner 80 verbunden ist. Schnelles Wiederanbringen bezieht sich im Allgemeinen auf ein wieder Anbringen des Pilotbogens, bevor der übertragene Bogen erlischt. Da das verbleibende Restskelett 88 eine Anzahl von Diskontinuitäten aufweisen kann, die Schnitte mit einer kürzeren Zeitdauer benötigen, kann sich der Bogen über die Kapazität der Energieversorgung 60 hinaus erstrecken.
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Bei einer Ausführungsform wird ein schnelles Wiederanbringen unter Verwendung einer Elektrode erreicht, die in einem Leiterbahn mit der Energieversorgung 60 positioniert ist. Die Elektrode weist einen durch sie hindurchfließenden Ausgangsstrom auf, wobei die Elektrode an einer Spitze angrenzend ist. Wie in 1 gezeigt, stellt der Schaltkreis bzw. die Schaltung 92 ein Stromreferenzsignal bereit, das einen auf den Ausgabestrom hinweisenden Parameter aufweist, während ein Fehlerverstärker 94 das Stromreferenzsignal mit dem erfassten Stromsignal vergleicht und eine Fehlermeldung erzeugt, die einen Parameter aufweist, der auf einen Unterschied zwischen dem Stromreferenzsignal und dem erfassten Stromsignal hinweist. Ein Änderungsratensensor 96 ist elektrisch mit dem Fehlerverstärker 94 verbunden. Der Änderungsratensensor 96 ist elektrisch mit dem Fehlerverstärker 94 verbunden. Der Änderungsratensensor 96 empfängt das Fehlersignal und stellt als Antwort auf eine Änderungsrate in dem Fehlersignal gezielt ein Schaltsteuersignal bereit. Ein nicht gezeigter Schalterstromkreis reagiert auf das Schaltersteuersignal. Der Schalterstromkreis verbindet gezielt die Spitze in die Leiterbahn mit der Energieversorgung 60 und der Elektrode elektrisch.
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Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein schnelles Wiederanbringen unter Verwendung des Schaltkreises 92 erreicht, der ein Pilot-Wiederanbringschaltkreis sein kann, in dem eine Elektrode in einer Leiterbahn mit der Energieversorgung 60 positioniert ist und durch sich hindurch den Ausgangsstrom fließend aufweist. Der Fehlerverstärker 94 erzeugt ein Fehlersignal in Antwort auf einen Unterschied zwischen einem Signal, dass einen erfassten Betriebsstrom wiedergibt, und einem Signal, das einen gewünschten Betriebsstrom wiedergibt. Der Schaltkreis 92 arbeitet mit dem Änderungsratensensor 96, um das Fehlersignal zu empfangen, das auf eine Änderungsrate des Fehlersignals über die Zeit reagiert. Der Änderungsratensensor 96 stellt ein Schaltsteuersignal bereit, das einen ersten Zustand aufweist, wenn die zeitliche Änderungsrate des Fehlersignals niedriger als ein Grenzwert ist. Das Änderungsratensignal weist einen zweiten Zustand auf, wenn die zeitliche Änderungsrate des Fehlersignals den Grenzwert überschreitet. Ein Pilotschalter 98 reagiert auf das Schaltsteuersignal. Der Pilotschalter 98 ist im Betrieb imstande, die Spitze in der Leiterbahn elektrisch mit der Energieversorgung 60 und der Elektrode zu verbinden, wenn das Schaltsteuersignal in dem zweiten Zustand ist.
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Weiterhin wird das schnelle Wiederanbringen bei einer Ausführungsform teilweise durch Hardware und teilweise durch Software umgesetzt. Beispielsweise kann die Steuerung 70 Strom in einer Arbeitsleitung und einem Pilotpfad überwachen. Bei einer vorbestimmten Höhe deaktiviert die Steuerung 70 den Pilotschalter 98. Wenn eine schnelle Stromabnahme erfasst wird, wird der Pilot wiederaufgenommen. Bei einer Ausführungsform ist eine Vergleichsschaltung mit einem CPU-Interrupt verdrahtet, der die Funktion erfüllt, den Pilotschaltkreis bzw. die Pilotschaltung mit einer reduzierten Verzögerung wieder zu aktivieren.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Hilfsplasmabrenner 80 nur betriebsfähig, wenn ein Parts-in-Place System (PIP-System) 105 für sowohl den automatisierten Plasmabrenner 50 als auch den Hilfsplasmabrenner 80 aktiviert ist. Bei einer Ausführungsform ist ein Kühlmittelstrom für die Energieversorgung 60 betriebsfähig mit einer Kühlmittelversorgung für den automatisierten Plasmabrenner 50 verbunden. Das PIP-System 105 überwacht ausgewählte Parameter, die eine ordnungsgemäße Büchsen- und Elektroneninstallation in dem automatisierten Plasmabrenner 50 und dem Hilfsplasmabrenner 80 anzeigen. Bei einer Ausführungsform sind die Tests abgeschlossen, bevor die Energieversorgungsausgabe ihren Endwert erreicht, und bevorzugt, bevor sie in etwa 40 VD C erreicht. Wenn die Komponenten von dem automatisierten Plasmabrenner 50 oder dem Hilfsplasmabrenner 80 einen Parts-in-Place-Test nicht erfüllen, der durch das PIP-System 105 ausgeführt wird, wird dem automatisierten Plasmabrenner 50 und/oder dem Hilfsplasmabrenner 80 keine Energie zugeführt.
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Wie weiterhin in 1 gezeigt, ist bei einer Ausführungsform eine Weichstartschaltung 107 in elektrischer Kombination bzw. Verbindung mit der Energieversorgung 60. Die Kombination der Weichstartschaltung 107 und der Energieversorgung 60 stellt der Elektrode ein Energiesignal bereit, das von einer Ausgangshöhe zu einer Betriebshöhe übergeht. Eine Überwachungsschaltung kann die elektrische Beziehung zwischen der Spitze und der Elektrode überwachen. Die Überwachungsschaltung stellt ein Statussignal bereit, dass die elektrische Beziehung zwischen der Spitze und der Elektrode des automatisierten Plasmabrenners 50 und/oder des Hilfsplasmabrenners 80 anzeigt. Eine nicht gezeigte Rückstellschaltung reagiert auf das Statussignal. Die Weichstart- bzw. Sanftstartschaltung 107 wird dann zurückgestellt, sodass das Energiesignal zu der Ausgangshöhe zurückkehrt, wenn das Statussignal eine nicht akzeptierbare elektrische Beziehung zwischen der Spitze und der Elektrode des automatisierten Plasmabrenners 50 und/oder des Hilfsplasmabrenners 80 anzeigt.
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Wie weiterhin in 1 gezeigt, führt die Weichstartschaltung 107 bei einer weiteren Ausführungsform der Elektrode bzw. den Elektroden über einen Weihstartvorgang ein Energiesignal zu, bei dem das Energiesignal von einer Ausgangshöhe zu einer Betriebshöhe übergeht. Insbesondere wird die elektrische Beziehung zwischen der Spitze und der Elektrode überwacht, und ein Statussignal, das auf die elektrische Beziehung zwischen der Spitze und der Elektrode hinweist, wird bereitgestellt. Eine Rückstellschaltung reagiert auf das Statussignal. Die Weichstartschaltung 107 wird dann zurückgestellt, sodass das Energiesignal zu der Ausgangshöhe zurückkehrt, wenn das Statussignal eine nicht akzeptierbare elektrische Beziehung zwischen der Spitze und der Elektrode des automatisierten Plasmabrenners 50 und/oder des Hilfsplasmabrenners 80 anzeigt.
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Wiederum bezugnehmend auf 1 wird der Hilfsplasmabrenner 80 bei einer Ausführungsform mit einer einzelnen Gasquelle 112 für sowohl den Plasma- als auch den Schutzgasstrom betrieben. Teilweise wird ein externes Inlinefiltersystem 100, das in einer Gaszufuhrleitung 114 angeordnet ist, mit der einzelnen Gasquelle 112 eingesetzt. Ein Gasdruckregler 110 ist ebenfalls mit der einzelnen Gasquelle 112 in Verbindung, wobei der Hilfsplasmabrenner 80 nur über einem minimalen Gasdruck, wie er durch den Gasdruckregler 110 bereitgestellt wird, betriebsfähig bzw. betätigbar ist. Obwohl ein Gasdruckregler 110 in dieser Ausführungsform gezeigt wird, kann bei anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ein allgemeinerer Gasregler verwendet werden, der Druck und/oder Strom (zum Beispiel Volumen- oder Massenstrom) reguliert, wie beispielsweise ein Proportionalventil. Mit dem Gasdruckregler 110 ist die minimale Druckeinstellung bei einer nicht beschränkenden Ausführungsform 35 psi, ohne maximale Druckgrenze. Dementsprechend kann einem Schneiden unter 35 psi bei dieser Ausführungsform vorgebeugt werden. Bei anderen Ausführungsformen kann die minimale Druckeinstellung in Abhängigkeit der Anwendung in einem Bereich von in etwa 25 bis in etwa 120 psi eingestellt werden. Zudem kann die Energieversorgung 60 mit einer elektromechanischen Magnetspule 120 betrieben werden, um den Gasstrom zu steuern, wobei eine nach Stromdauer, d. h. nach dem der Übertragungsbogen erloschen ist, bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf 20 Sekunden eingestellt ist.
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Der Hilfsplasmabrenner 80 schließt bei einer Ausführungsform eingebaute Gaskontrollen ein, während bei einer weiteren Ausführungsform der Hilfsplasmabrenner 80 durch eine automatisierte Gassteuerung betrieben wird. Wie in 5 gezeigt, kann der Hilfsplasmabrenner 80 zudem bei einer Ausführungsform über ein Schnittstellenmodul 115 betrieben werden, welches unter anderem Komponenten, wie zum Beispiel die Schnelllösarmatur 90, eine Energieverbindung 119 und eine Logikverbindung 121 aufweisen kann, wobei das Schnittstellenmodul innerhalb oder außerhalb der Energieversorgung 60 sein kann.
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Im Betrieb wird das Schneiden mit dem Hilfsplasmabrenner 80 und/oder dem automatisierten Plasmabrenner 50 primär durch eine zentrale Prozessoreinheit (CPU) 125 überwacht. Wenn beispielsweise ein Hilfsplasmabrenner 80 über die Schnelllösarmatur 90 ordnungsgemäß in die Energieversorgung 60 eingeführt ist und der automatisierte Plasmabrenner 50 nicht in Betrieb ist, signalisiert das Betätigen eines Auslösers an der Hilfsplasmaquelle 80 die Absicht des Bedieners, mit einem manuellen Schneiden zu beginnen. Wenn zuvor im automatisierten Schneiden in Betrieb oder seit dem Einschalten inaktiv, kann die CPU 125 der Steuerung 70 von einem automatischen Steueralgorithmus zu einem manuellen Steueralgorithmus mit oder ohne Anzeige umschalten.
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Bei einer weiteren Ausführungsform kann ein nicht gezeigter manueller Schalter bereitgestellt sein, um von einem Automatik-Steueralgorithmus zu einem manuellen Steueralgorithmus umzuschalten. Die CPU 125 kann einen manuellen Schnittzyklus auslösen, der eine alternative Zustandsmaschine einsetzt, um einen Betrieb eines Schaltschützes, eines Startrelais, eines Elektromagneten, eines Piloten und eines Inverters zu synchronisieren. Beispielsweise kann die Steuerung 70 während des Betriebs den Schaltschütz oder einen Schalter vor einer Aktivierung eines Inverters bzw. Wechselrichters schließen und dem Öffnen des Schaltschützes vorbeugen, wenn der Wechselrichter in Betrieb ist. Ein Gasstrom kann nach dem Aktivieren des Wechselrichters befohlen werden, um einen Plasmabogen zum Schneiden im manuellen Modus unter Verwendung des Hilfsplasmabrenners 80 zu erzeugen. Bei einer Ausführungsform wird eine Auslöseeingabe von dem Hilfsplasmabrenner 80 durch die Steuerung 70 ignoriert, wenn der automatisierte Plasmabrenner 50 in Betrieb ist.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Schaltschütz oder ein Schalter bereitgestellt, um eine Pilotleitung des automatisierten Plasmabrenners 50 zu trennen, wenn Kühlmittel zurückbleibt und noch nicht gespült worden ist. Das Restkühlmittel kann einen leitfähigen Pfad zwischen einer Elektrode und einer Spitze des automatisierten Plasmabrenners 50 nach dem Ausschalten ausbilden, sodass der Schaltschütz oder Schalter gegen einen unbeabsichtigten Betrieb oder einen Lichtbogen nach dem Ausschalten geschützt wird.
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Bei einer Ausführungsform wird der Schaltschütz/Schalter vor einer Vorstromphase von jedem manuellen Schnittzyklus geschlossen. Die CPU 125 in der Steuerung 70 kann den Schaltschütz in die geöffnete Stellung zwingen, um Energie von der Schnelllösarmatur 90 vor der Vorstromphase des automatisierten Schneidens zu isolieren bzw. zu trennen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird ein solches Schalten nicht ausgeführt, während Strom in dem System 10 fließt.
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Der Hilfsplasmabrenner 80 kann auch durch die Steuerung 70 bei einem Hinweis auf einen fehlerhaften Zustand unterbrochen werden. Bei verschiedenen Ausführungsformen können die fehlerhaften Zustände beispielsweise unter anderem eine Wechselrichterübertemperatur, eine obere und untere Grenze und eine fehlende Phase einer AC-Eingabe, einer DC-Ausgabe, eine wie oben angegebene untere Grenze für einen Gasdruck, eine nicht ordnungsgemäße AC-Leitungsspannung, eine nicht ordnungsgemäße DC-Ausgangsspannung, einen nicht ordnungsgemäßen Wechselrichterausgangsstrom, einen nicht ordnungsgemäßen Arbeitsleitungsstrom, einen nicht ordnungsgemäßen niedrigen oder hohen Gasausgabedruck/-strom, eine fehlerhafte Wandlerschaltung (zum Beispiel Wandlerfehlercodes, die von einer fehlerhaften Kondensatorschaltung resultieren, die eine Spannungsunstetigkeit verursacht, ein erhöhter Schalttransformatorprimärstrom, eine defekte lokale Bias-Versorgung) oder einen niedrigen Kühlmittelpegel einschließen.
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Um einem Bediener einen fehlerhaften Zustand anzuzeigen, kann wiederum unter Bezugnahme auf 4 eine Vielzahl von Fehleranzeigen bei der Energieversorgung 60 eingesetzt werden. Diese können beispielsweise LEDs 130, Nachrichten über eine Benutzerschnittstelle 135, hörbare Signale und haptisches Feedback einschließen. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Fehleranzeige nahe des Verbinders 90 für den Hilfsplasmabrenner 80 an der Energieversorgung 60 angeordnet.
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Nunmehr wird bezugnehmend auf 6 ein Verfahren 200 zum Verarbeiten eines Werkstücks in Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen gezeigt. Das Verfahren 200 kann ein Bereitstellen elektrischer Energie bzw. Leistung und eines Fluidstroms von einer Energieversorgung an einen automatisierten Plasmabrenner einschließen, wie im Block 202 gezeigt. Bei manchen Ausführungsformen ist zumindest eine Energieversorgung betriebsfähig mit dem automatisierten Plasmabrenner zum Bereitstellen elektrischer Leistung und eines Fluidstroms mit dem automatisierten Plasmabrenner verbunden. Bei manchen Ausführungsformen wird der Hilfsplasmabrenner mit einer einzelnen Gasquelle für sowohl den Plasmastrom als auch den Schutzgasstrom betrieben. Bei manchen Ausführungsformen wird ein in einer Gaszuführleitung angeordnetes Inline-Filtersystem mit der einzelnen Gasquelle eingesetzt.
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Das Verfahren 200 kann ferner ein Verarbeiten eines Werkstücks unter Verwendung des automatisierten Plasmabrenners einschließen, der betriebsfähig mit der Energieversorgung verbunden ist, wie im Block 204 gezeigt. Bei manchen Ausführungsformen wird der automatisierte Plasmabrenner durch eine Steuerung gesteuert, um einen Satz von Merkmalen des Werkstücks zu bearbeiten bzw. zu verarbeiten und aus dem Werkstück ein Restskelett zu erzeugen. Bei manchen Ausführungsformen ist die Steuerung mit dem automatisierten Plasmabrenner und der Energieversorgung in Verbindung.
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Das Verfahren 200 kann ferner das Bereitstellen elektrischer Leistung und eines Fluidstroms von der Energieversorgung zu einem Hilfsplasmabrenner zum Verarbeiten des Restskeletts bereitstellen, wie in Block 206 gezeigt. Bei manchen Ausführungsformen löst eine CPU einen manuellen Schnittzyklus aus, um das Werkstück unter Verwendung des Hilfsplasmabrenners zu verarbeiten. Bei manchen Ausführungsformen ist der Hilfsplasmabrenner ein Gasplasmabrenner, der entweder mit einer Hochfrequenz- oder einer Niederspannungsenergieversorgung betätigbar ist, sodass der Brenner zu einem Hochfrequenzstart oder einem Kontaktstart imstande ist, woraus ein Dualmodusbrenner resultiert. Bei manchen Ausführungsformen kann der Hilfsplasmabrenner ein Dualmodus-Plasmabrenner sein. Nachdem das Werkstück durch den automatisierten Plasmabrenner bearbeitet worden ist, kann bei manchen Ausführungsformen der Hilfsplasmabrenner das Restskelett bearbeiten. Bei manchen Ausführungsformen wird der Hilfsplasmabrenner in einem Schnellwiederanbringmodus betrieben, wobei ein Pilotbogen wieder angebracht wird, bevor ein Übertragungsbogen erlischt. Bei manchen Ausführungsformen wird ein Betrieb des Hilfsplasmabrenners vorgebeugt, während der automatisierte Plasmabrenner in Betrieb ist. Bei manchen Ausführungsformen werden der Hilfsplasmabrenner und der automatisierte Plasmabrenner gleichzeitig betrieben.
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Angesichts der vorstehenden Ausführungen werden zumindest die folgenden Vorteile durch die hierin offenbarten Ausführungsformen erreicht. Erstens wird durch Betreiben des Hilfsplasmabrenners und des automatisierten Plasmabrenners zur gleichen Zeit der Durchsatz erhöht. Insbesondere die Möglichkeit, eine gleiche Quelle zu verwenden, um simultan den Hilfsplasmabrenner zu betreiben, um das Restskelett zu schneiden, während der automatisierte Plasmabrenner den Satz von Merkmalen schneidet, verbessert den Durchsatz. Zweitens kann der Hilfsplasmabrenner entweder in einem manuellen Modus, zum Beispiel in den Händen eines Bedieners, oder in einem automatisierten Modus, zum Beispiel an dem Schneidtisch, eingesetzt werden.
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Während bestimmte Ausführungsformen der Offenbarung hierin beschrieben worden sind, ist die Offenbarung nicht darauf beschränkt, da der Schutzbereich der Offenbarung so breit ist, wie es der Stand der Technik zulässt und die Beschreibung genauso zu lesen ist. Daher ist die obige Beschreibung nicht als einschränkend auszulegen. Stattdessen ist die obige Beschreibung lediglich beispielhaft für bestimmte Ausführungsformen. Der Fachmann ist imstande, sich andere Abwandlungen innerhalb des Schutzbereichs und des Rahmens der hieran anschließenden Ansprüche vorzustellen.
