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Gebiet der Erfindung
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Vorliegende Erfindung betrifft eine Plasmaschneidemaschine und ein Schneideverfahren.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Beim Plasmaschneiden wird Plasmagas in die Nähe einer Elektrode geleitet, die an einem Plasmabrenner vorgesehen ist, und es werden eine Elektrode und ein zu schneidendes Element unter Spannung gesetzt, um einen Plasmalichtbogen zu erzeugen. Der Plasmabrenner wird dann bewegt und dabei der Plasmalichtbogen gebündelt in Richtung auf eine Schnittstelle des zu schneidenden Elements ausgesandt, um dieses Element durch die Hitze des Plasmalichtbogens zu trennen.
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Das Material des zu schneidenden Elements ist elektrisch leitfähig, so dass das zu schneidende Element als weitere Elektrode beim Plasmaschneiden wirken kann. Normalerweise werden kohlenstoffarme Stähle wie Weichstahl oder hochfester Stahl, hochlegierte Stähle wie rostfreier Stahl oder Nichteisenmetalle wie Aluminiumlegierungen einem Plasmaschneideverfahren unterzogen. Da hochfeste Stähle, die Nickel und Kobalt enthalten, die hier als Brückenelemente verwendet werden, leicht magnetisierbar sind, werden solche Stähle zum Beispiel bei einer Bearbeitung durch Walzen, durch Wärmebehandlungen oder eine Oberflächenhärtung durch Sandstrahlen schnell magnetisiert. Alternativ können solche Stähle ohne Weiteres auch durch den Magnetismus eines Hubmagneten magnetisiert werden, wenn der Stahl beim Transport durch einen Hubmagnet hochgehoben wird.
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Es ist bekannt, dass beim Plasmaschneiden eines zu schneidenden magnetisierten Elements infolge des Magnetismus des zu schneidenden Elements eine elektromagnetische Kraft auf den Plasmalichtbogen wirkt und dass der Plasmalichtbogen abgelenkt und die Konvergenz des Plasmalichtbogens vermindert wird. Dieses Phänomen wird als "magnetische Lichtbogenablenkung" bezeichnet. Eine vermutliche Ursache dieser magnetischen Lichtbogenablenkung wird nachstehend mit Bezug auf die 7 und 8 erläutert.
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Die Pfeile in 7 stellen magnetische Kraftlinien eines zu schneidenden magnetisierten Elements W dar. Wie in 7 dargestellt ist, verringert sich mit dem länger werdenden Schneideschlitz die Querschnittsfläche des ungeschnittenen Bereichs, wenn das zu schneidende Element W durch einen Plasmaschneidevorgang geschnitten wird. Infolgedessen wird der Fortschritt des Schneidevorgangs von einer Zunahme der magnetischen Flussdichte begleitet, wobei der Magnetfluss (nachstehend als "magnetischer Streufluss" bezeichnet, siehe den Pfeil A1), der aus dem Schneideschlitz in einen Raum austritt, zunimmt. Dadurch, dass die auf den Plasmalichtbogen wirkende elektromagnetische Kraft stärker wird, kommt es zu dem Phänomen der Ablenkung des Plasmalichtbogens. Dieses Phänomen wiederum führt zu Schnittfehlern. Alternativ verringert sich die Konvergenz des Plasmalichtbogens infolge des magnetischen Streuflusses, wie in 8 dargestellt, und es entsteht ein doppelter Bogen (siehe das Bezugszeichen "DA"), in den der Plasmalichtbogen geteilt ist. Wenn ein doppelter Bogen entsteht, wird unter Umständen die Düse beschädigt, da sich der Radius des Öffnungsbereichs der Düse ausdehnt und verformt. Wird die Düse auf diese Weise beschädigt, leidet die Bündelung oder Konvergenz des Düsenstrahls des Plasmalichtbogens. In diesem Fall wird die Schnittqualität auch ohne magnetischen Streufluss herabgesetzt.
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Das Patentdokument 1 beschreibt ein Plasmaschneideverfahren und eine Plasmaschneidevorrichtung, die das Problem einer verminderten Schnittqualität als Folge der vorstehend beschriebenen Lichtbogenablenkung lösen. Bei dem in Patentdokument 1 beschriebenen Plasmaschneideverfahren platziert ein Arbeiter ein magnetisches Material derart, dass das Material den Schneideschlitz überspannt, während das zu schneidende Element W durch den Plasmabrenner geschnitten wird. Das Ergebnis ist, dass der magnetische Streufluss aus dem Schneideschlitz reduziert wird, weil die Stellen auf den einander gegenüberliegenden Seiten des Einschnitts über das magnetische Material kurzgeschlossen sind.
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Die in Patentdokument 1 beschriebene Plasmaschneidevorrichtung ist mit einer Kette aus magnetischem Material versehen, die von einem an dem Plasmabrenner befestigten Halter herunterhängt. Die Kette kommt mit den Stellen auf den einander gegenüberliegenden Seiten des Schneideschlitzes in Kontakt, während das zu schneidende Element durch den Plasmabrenner geschnitten wird. Der magnetische Streufluss aus dem Schneideschlitz wird infolgedessen verringert, da die einander gegenüberliegenden Stellen des Schneideschlitzes über die Kette kurzgeschlossen sind.
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Dokumente des Standes der Technik
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Literatur
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- Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungspublikation Nr. 2009-214165
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Übersicht
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Technisches Problem
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Bei dem in Patentdokument 1 beschriebenen Plasmaschneideverfahren legt ein Arbeiter ein Magnetmaterial über den Schneideschlitz. Dies muss geschehen, nachdem der Arbeiter den Plasmabrenner bewegt hat. Durch Studien seitens des Erfinders konnte festgestellt werden, dass die Wirkung zur Unterdrückung der Lichtbogenablenkung verringert wird, wenn das magnetische Material in einer von dem Plasmabrenner entfernten Position platziert wird. Der Plasmabrenner bewegt sich mit einer vorgeschriebenen Geschwindigkeit, und die Bewegungsrichtung des Plasmabrenners ändert sich entsprechend der Situation. Aus diesem Grund stellt das Platzieren des magnetischen Materials in der Nähe des Plasmabrenners und diesem folgend eine große Belastung für den Arbeiter dar. Hinzukommt, dass die Stahlplatte, die geschnitten wird, vibriert, weil der Arbeiter auf der Stahlplatte geht, was sich nachteilig auf die Schnittfläche der Stahlplatte auswirkt. Da außerdem mehrere magnetische Materialien bereitgestellt werden müssen, gestaltet sich das in Patentdokument 1 beschriebene Schneideverfahren in der Realität schwierig.
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Die Kette bei der in Patentdokument 1 beschriebenen Plasmaschneidevorrichtung gleitet auf der Oberfläche des zu schneidenden Elements. Die entstehende Vibration des zu schneidenden Elements wirkt sich nachteilig auf die Schnittfläche aus. Ferner bestehen Bedenken, dass sich die Kette nach dem Schneidevorgang an einem hochkant stehenden Werkstück oder an einem Schlackenvorsprung (ein festgewordenes Stück geschmolzenen Metalls) an der Oberfläche der Stahlplatte verfangen könnte. Ebenso bestehen Bedenken, dass die Kette in den Schneideschlitz fallen und sich in diesem oder in einem Loch in der Stahlplatte verfangen könnte. Dies würde den Betrieb des Plasmabrenners behindern und gegebenenfalls eine Unterbrechung des Schneidevorgangs erfordern.
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Ferner muss der Schneideschlitz an Stellen mit dem magnetischen Material in Verbindung gebracht werden, die möglichst nahe an dem Plasmabrenner liegen, um eine Lichtbogenablenkung zu verhindern. Vorzugsweise ist der durch das magnetische Material bereitgestellte Verbindungsflächenbereich möglichst groß. Es wäre jedoch schwierig, einen ausreichend großen Verbindungsbereich mit der Kette herzustellen, die bei der in Patentdokument 1 beschriebenen Plasmaschneidevorrichtung verwendet wird. Der Wirkung zur Unterdrückung der Lichtbogenablenkung ist daher begrenzt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Plasmaschneidemaschine und eines Plasmaschneideverfahrens, bei der/dem eine Lichtbogenablenkung wirksam verhindert werden kann und gleichzeitig negative Auswirkungen auf das zu schneidende Element sowie die Belastung des Arbeiters verringert werden.
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Problemlösung
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Eine Plasmaschneidevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ausgestattet mit einem Tisch, einem Plasmabrenner, einer Bewegungsvorrichtung und einem Abdeckelement. Ein zu schneidendes Element wird auf dem Tisch angeordnet. Der Plasmabrenner hat eine Elektrode für die Erzeugung eines Plasmalichtbogens und eine Düse mit einer Öffnung für den Durchtritt des Plasmalichtbogens. Die Bewegungsvorrichtung ermöglicht eine Bewegung des Plasmabrenners über den Tisch. Das Abdeckelement ist derart angeordnet, dass es die Düse in der Strahlrichtung des Plasmalichtbogens aus der Düse abdeckt. Das Abdeckelement hat eine Öffnung für den Durchtritt des Plasmalichtbogens. Das Abdeckelement besteht aus einem magnetischen Material.
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Eine Plasmaschneidemaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ausgestattet mit einem Tisch, einem Plasmabrenner und einer Bewegungsvorrichtung. Ein zu schneidendes Element wird auf dem Tisch angeordnet. Die Bewegungsvorrichtung ermöglicht eine Bewegung des Plasmabrenners über den Tisch. Der Plasmabrenner hat eine Elektrode für die Erzeugung eines Plasmalichtbogens, eine Düse mit einer Öffnung für den Durchtritt des Plasmalichtbogens und ein Abdeckelement. Das Abdeckelement ist derart angeordnet, dass es die Düse in der Strahlrichtung des Plasmalichtbogens aus der Düse abdeckt. Das Abdeckelement hat eine Öffnung für den Durchtritt des Plasmalichtbogens. Das Abdeckelement besteht aus einem magnetischen Material.
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Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung wird ein Schneideverfahren mit den folgenden Schritten angegeben. Ein erster Schritt ist ein Schritt für die Anbringung des Abdeckelements an dem Plasmabrenner. Ein zweiter Schritt ist ein Schritt zum Schneiden des zu schneidenden Elements mit Hilfe des Plasmabrenners. Der Plasmabrenner hat eine Elektrode für die Erzeugung eines Plasmalichtbogens und eine Düse mit einer Öffnung, durch welche der Plasmalichtbogen hindurchtritt. Das Abdeckelement hat eine Öffnung, durch welche der Plasmalichtbogen hindurchtritt. Das Abdeckelement besteht aus einem magnetischen Material. In dem ersten Schritt erfolgt die Anbringung der Abdeckung an dem Plasmabrenner derart, dass die Düse in der Strahlrichtung des Plasmalichtbogens aus der Düse abgedeckt wird.
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Wirkungen der Erfindung
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Bei dem Plasmaschneideverfahren und der Plasmaschneidevorrichtung gemäß dem Stand der Technik wird versucht, die Lichtbogenablenkung durch eine Verringerung des magnetischen Streuflusses aus dem Schneideschlitz zu unterdrücken. Umgekehrt haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass sich die Lichtbogenablenkung selbst bei einem erheblichen magnetischen Streufluss aus dem Schneidschlitz wirksam unterbinden lässt, wenn die negative Wirkung des Magnetismus auf den Plasmalichtbogen in der Düse und auf den Plasmalichtbogen unmittelbar nach dem Austritt aus der Düse verhindert wird.
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Bei der Plasmaschneidemaschine gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Abdeckelement aus magnetischem Material derart angeordnet, dass es die Düse in der Strahlrichtung des Plasmalichtbogens aus der Düse abdeckt. Deshalb lässt sich eine Ausdehnung des magnetischen Streuflusses von dem Schneideschlitz zu dem Plasmalichtbogen in der Nähe der Düse durch das Abdeckelement verhindern. Das Ergebnis ist eine Verhinderung einer Lichtbogenablenkung und gleichzeitig eine Entlastung des Arbeiters und eine Verringerung des negativen Einflusses auf das zu schneidende Element.
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Bei dem Plasmaschneideverfahren gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Abdeckelement aus magnetischen Material an dem Plasmabrenner so befestigt, dass es die Düse in der Strahlrichtung des Plasmalichtbogens aus der Düse abdeckt. Deshalb lässt sich eine Ausdehnung des magnetischen Streuflusses von dem Schneideschlitz zu dem Plasmalichtbogen in der Nähe der Düse durch das Abdeckelement verhindern. Das Ergebnis ist eine Verhinderung einer Lichtbogenablenkung und gleichzeitig eine Entlastung des Arbeiters und eine Verringerung des negativen Einflusses auf das zu schneidende Element.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine vereinfachte perspektivische Ansicht zur Darstellung einer Gesamtkonfiguration einer Plasmaschneidemaschine gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 ist eine Schnittansicht eines Plasmabrenners der Plasmaschneidemaschine;
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3 ist eine Ansicht des Plasmabrenners von unten;
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4 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Wirkung zur Verhinderung einer Lichtbogenablenkung durch eine Abschirmkappe an dem Plasmabrenner;
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5 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Wirkung zur Verhinderung einer Lichtbogenablenkung durch eine Metallplatte der Plasmaschneidemaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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6 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Wirkung zur Verhinderung einer Lichtbogenablenkung durch eine Kappe der Plasmaschneidemaschine gemäß einer dritten Ausführungsform;
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7 erläutert in einer schematischen Darstellung eine Ursache der Lichtbogenablenkung beim Stand der Technik;
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8 erläutert in einer schematischen Darstellung eine Ursache der Lichtbogenablenkung beim Stand der Technik.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Die folgenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt vereinfacht eine Gesamtkonfiguration einer ersten Ausführungsform einer Plasmaschneidemaschine. Wie in 1 dargestellt ist, ist die Plasmaschneidemaschine 1 versehen mit einem Tisch 2, einem Plasmabrenner 3 und einer Bewegungsvorrichtung 4. Ein zu schneidendes Element W ist auf dem Tisch 2 angeordnet. Der Plasmabrenner 3 sendet einen Plasmalichtbogen aus, um das zu schneidende Element W zu schneiden.
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Die Bewegungsvorrichtung 4 ermöglicht eine Bewegung des Plasmabrenners 3 über den Tisch 2. Insbesondere ermöglicht die Bewegungsvorrichtung 4 eine Bewegung des Plasmabrenners 3 relativ zu dem zu schneidenden Element (W) in einer X-Richtung (längs), einer Y-Richtung (seitlich) und einer Z-Richtung (in der Höhe). Die Bewegungsvorrichtung 4 hat einen beweglichen Wagen 41, einen Arm 42 und einen Schlitten 43. Der bewegliche Wagen 41 bewegt sich an der Seite des Tisches 2 in der X-Richtung hin und her. Der Arm 42 ist so angeordnet, dass er sich von dem beweglichen Wagen 41 in der Y-Richtung über dem Tisch 2 erstreckt. Der Schlitten 43 trägt den Plasmabrenner 3, der in der Z-Richtung hin und her bewegt werden kann. Der Schlitten 43 bewegt sich in der Y-Richtung an dem Arm 42 hin und her.
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Eine Stromquellenschaltkreis und eine Steuervorrichtung (nicht dargestellt) sind in dem beweglichen Wagen 41 oder in dem Tisch 2 vorgesehen. Der Stromquellenschaltkreis und die Steuervorrichtung sind Vorrichtungen zum Erzeugen eines Pilotlichtbogens und eines Plasmalichtbogens in dem Plasmabrenner und zum Steuern derselben. Obwohl nicht dargestellt, sind ein Gassystem für die Zuführung von Gas, zum Beispiel eines Plasmagases und eines Injektionsgases, zu dem Plasmabrenner 3 und ein Kühlsystem für die Zuführung eines flüssigen Kühlmittels zu dem Plasmabrenner 3 vorgesehen.
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2 ist eine Schnittansicht entlang der zentralen Achse des Plasmabrenners 3. Wie in 2 dargestellt ist, hat der Plasmabrenner 3 einen Brennerhauptkörper 11 und eine Vielzahl von Komponenten, die lösbar an dem Brennerhauptkörper 11 befestigt sind. Die Vielzahl von Komponenten sind unter anderem eine Elektrode 12, eine isolierende Drallvorrichtung 13, eine Düse 14, eine Innenkappe 15, eine Abschirmkappe 16 und eine Haltekappe 17.
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Der Brennerhauptkörper 11 hat einen Basisbereich 21, einen Elektrodensitz 22, einen Düsensitz 23, eine Isolierhülse 24, ein Elektrodenkühlrohr 25, ein Zuflussrohr 26 für flüssiges Kühlmittel und ein Abflussrohr 27 für flüssiges Kühlmittel.
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Der Basisbereich 21 ist im Wesentlichen zylinderförmig. Der Elektrodensitz 22 ist an dem distalen Endbereich des Basisbereichs 21 befestigt. Der Elektrodensitz 22 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form. Der Düsensitz 23 ist an der Außenseite des Elektrodensitzes 22 angeordnet. Der Düsensitz 23 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form. Die Isolierhülse 24, die für eine elektrische Isolierung zwischen dem Elektrodensitz 22 und dem Düsensitz 23 sorgt, ist zwischen den Elektrodensitz 22 und den Düsensitz 23 geschaltet. Das Elektrodenkühlrohr 25 liegt an der Innenseite des Elektrodensitzes 22. Der Basisbereich 21, der Elektrodensitz 22, der Düsensitz 23, die Isolierhülse 24 und das Elektrodenkühlrohr 25 sind an derselben Achse angeordnet.
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Der Elektrodensitz 22 ist über Leitungsdrähte (nicht dargestellt) in dem Basisbereich 21 mit einem Anschluss für die Stromversorgung der Elektrode 12 des vorstehend genannten Lichtbogen-Stromquellenschaltkreises verbunden. Der Elektrodensitz 22 besteht aus Metall. Der proximale Endbereich der Elektrode 12 ist lösbar in den distalen Endbereich des Elektrodensitzes 22 eingesetzt.
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Die Elektrode 12 besteht aus einem hoch wärmeleitenden Metall, zum Beispiel Kupfer. Die Elektrode 12 ist aus einem nichtmagnetischen Material gebildet. Die Elektrode 12 hat im Wesentlichen die Form eines Zylinders, der an dem distalen Ende geschlossen ist. Ein Einsatz 120 aus einem Metall mit einem hohen Schmelzpunkt zum Entladen von Thermoelektronen ist in dem distalen Ende der Elektrode 12 eingebettet. Der Elektrodensitz 22 und die Elektrode 12 befinden sich miteinander in Kontakt.
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Der Elektrodensitz 22 und die Elektrode 12 sind über die Kontaktflächen des Elektrodensitzes 22 und der Elektrode 12 elektrisch verbunden. Wenn die Elektrode 12 auf dem Elektrodensitz 22 montiert wird, wird das Elektrodenkühlrohr 25 in einen Raum in der Elektrode 12 eingeführt.
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Der Düsensitz 23 besteht aus Metall und ist über Leitungsdrähte (nicht dargestellt) in dem Basisbereich 21 mit einem Anschluss für die Stromversorgung der Düse 14 des vorgenannten Lichtbogen-Stromquellenschaltkreises verbunden. Der proximale Endbereich der Düse 14 ist lösbar in den distalen Endbereich des Düsensitzes 23 eingesetzt. Die zentrale Achse der Düse 14 und die zentrale Achse der Elektrode 12 liegen an derselben Achse, wenn die Düse 14 auf dem Düsensitz 23 montiert ist.
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Die Düse 14 besteht aus einem hoch wärmleitenden Material, zum Beispiel Kupfer. Die Düse 14 ist aus einem nichtmagnetischen Material gebildet. Der distale Endbereich der Düse 14 hat eine Öffnung 31. Die Öffnung 31 ist eine Öffnung für den Durchtritt des Plasmalichtbogens. Ein Dichtungsring 32 ist zwischen der Innenfläche des distalen Endbereichs des Düsensitzes 23 und der Außenfläche des proximalen Endbereichs der Düse 14 angeordnet. Der Dichtungsring 23 dichtet einen Raum zwischen dem Raum (ein Plasmagasdurchlass 33) in dem distalen Endbereich des Düsensitzes 23 und einem Raum (Flüssigkühlmitteldurchlass 34) außerhalb der Düse 14 ab.
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Die isolierende Drallvorrichtung 13 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form. Die isolierende Drallvorrichtung 13 ist zwischen die Elektrode 12 und die Düse 14 geschaltet. Die isolierende Drallvorrichtung 13 stellt eine elektrische Isolierung zwischen der Elektrode 12 und der Düse 14 sicher. Die isolierende Drallvorrichtung 13 hat auch eine Gasöffnung (nicht gezeigt). Der Plasmagasstrom bewegt sich von dem Plasmagasdurchlass 33, der mit einem (nicht gezeigten) Durchlass des distalen Endbereichs des Düsensitzes 23 in Verbindung steht, durch die Gasöffnung der isolierenden Drallvorrichtung 13 zu dem Plasmagasdurchlass 35 an der Innenseite der Düse 14. Wenn das Plasmagas durch die Gasöffnung strömt, wird dem Plasmagasstrom durch die isolierende Drallvorrichtung 13 eine Wirbelbewegung aufgeprägt, um den Plasmalichtbogen an dem Einsatz 120 des distalen Endes der Elektrode 12 zu stabilisieren.
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Die Innenkappe 15 ist an der Außenfläche des Basisbereichs 21 befestigt. Die Innenkappe 15 ist so angeordnet, dass sie den Düsensitz 23 und die Düse 14 abdeckt. Die Innenkappe 15 hat eine Öffnung 36. Der distale Endbereich der Düse 14 verläuft durch die Öffnung 36 der Innenkappe 15 und springt nach unten vor. Der Durchlass 34 für das flüssige Kühlmittel ist zwischen der Innenfläche der Innenkappe 15 und der Außenfläche der Düse 14 vorgesehen. Die Innenkappe 15 besteht aus einem hoch wärmeleitenden Material, zum Beispiel Kupfer oder Messing. Die Innenkappe 15 besteht aus einem nichtmagnetischen Material.
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Die Haltekappe 17 ist lösbar an dem Außenumfang des Basisbereichs 21 befestigt. Der distale Endbereich der Haltekappe 17 hält die Abschirmkappe 16. Der proximale Endbereich der Haltekappe 17 ist lösbar an dem Basisbereich 21 befestigt. Die Haltekappe 17 ist so angeordnet, dass sie die Innenkappe 15 abdeckt. Die Haltekappe 17 besteht aus einem hoch wärmeleitenden Material, zum Beispiel Kupfer oder Messing. Die Haltekappe 17 besteht aus einem nichtmagnetischen Material.
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Ein Gasinjektionsdurchlass 37 ist zwischen der Innenfläche der Haltekappe 17 und der Außenfläche der Innenkappe 15 angeordnet. Der Gasinjektionsdurchlass 37 prägt dem Injektionsgasstrom eine Verwirbelung auf, um den Flankenwinkel zu steuern, und lenkt den Injektionsgasstrom in die Nähe des Auslasses der Öffnung 31 der Düse 14.
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Die Abschirmkappe 16 ist lösbar an der Haltekappe 17 befestigt. Aus diesem Grund ist die Abschirmkappe 16 austauschbar vorgesehen. Die Abschirmkappe 16 ist unter dem distalen Endbereich der Düse 14 so angeordnet, dass sie den distalen Endbereich der Düse 14 abdeckt. Das heißt, die Abschirmkappe 16 ist derart angeordnet, dass sie Düse 14 in der Strahlrichtung des Plasmalichtbogens aus der Düse 14 abdeckt.
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3 zeigt den Plasmabrenner 3 von unten betrachtet. Wie in 3 dargestellt ist, ist die Abschirmkappe 16 so angeordnet, dass sie die Düse 14 bei Betrachtung aus der axialen Richtung der Düse 14 überdeckt. Das heißt, die Abschirmkappe 16 ist so angeordnet, dass sie die Düse 14 bei Betrachtung aus der Strahlrichtung des Plasmalichtbogens überdeckt. Die Kontur der Abschirmkappe 16 ist größer als die Kontur der Düse 14. Die Abschirmkappe 16 besteht aus einem magnetischen Material. Zum Beispiel ist die Abschirmkappe 16 aus Kohlenstoffstahl hergestellt. Die Abschirmkappe 16 hat eine Öffnung 38, durch welche der Plasmalichtbogen hindurchtritt. Der Durchmesser der Öffnung der Abschirmkappe 16 ist größer als der Durchmesser der Öffnung 31 der Düse 14 und kleiner als der Außendurchmesser der Düse 14.
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Das Zuflussrohr 26 für das flüssige Kühlmittel und das Abflussrohr 27 für das flüssige Kühlmittel sind von der proximalen Endfläche des Basisbereichs 21 in den Basisbereich 21 eingesetzt. Das Zuflussrohr 26 für das flüssige Kühlmittel ist mit dem Elektrodenkühlrohr 25 verbunden. Ein Raum an der Innenseite des Elektrodensitzes 22 steht mit einem Zuflusskanal 52 für flüssiges Kühlmittel in dem Düsensitz 23 über einen Verbindungskanal 51 in dem Basisbereich 21 in Verbindung. Der Zuflusskanal 52 für flüssiges Kühlmittel steht mit dem Durchlass 34 für flüssiges Kühlmittel an der Außenseite der Düse 14 in Verbindung. Der Durchlass 34 für flüssiges Kühlmittel steht mit einem Abflusskanal 53 für flüssiges Kühlmittel in dem Düsensitz 23 in Verbindung. Der Abflusskanal 53 für flüssiges Kühlmittel ist mit dem Abflussrohr 27 für flüssiges Kühlmittel verbunden.
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Ein flüssiges Kühlmittel wird von dem vorgenannten Kühlsystem in die das Zuflussrohr 26 für flüssiges Kühlmittel geleitet. Das flüssige Kühlmittel wird von dem Zuflussrohr 26 für flüssiges Kühlmittel durch das Elektrodenkühlrohr 25 in den distalen Endbereich der Elektrode 12 geleitet, wodurch die Elektrode 12 gekühlt wird. Das flüssige Kühlmittel kühlt die Elektrode 12 ferner dadurch, dass es entlang der Innenfläche der Elektrode 12 fließt. Das flüssige Kühlmittel fließt dann durch einen Raum in dem Elektrodensitz 22, durch den Verbindungskanal 51 und den Zuflusskanal 52 für flüssiges Kühlmittel, um schließlich dem Durchlass 34 für flüssiges Kühlmittel zugeführt zu werden. Folglich werden die Düse 14 und die Innenkappe 15 gekühlt, indem das flüssige Kühlmittel entlang der Außenfläche der Düse 14 und der Innenfläche der Innenkappe 15 fließt. Das flüssige Kühlmittel fließt dann durch den Abflusskanal 53 für flüssiges Kühlmittel in dem Düsensitz 23 und durch das Abflussrohr 27 für flüssiges Kühlmittel, um zu dem vorgenannten Kühlsystem zurückgeleitet zu werden.
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Wenn das zu schneidende Element W mittels der vorgenannten Plasmaschneidevorrichtung 1 geschnitten wird, befestigt der Benutzer die Abschirmkappe 16 aus dem magnetischen Material an dem Plasmabrenner 3. Dabei wird die Abschirmkappe 16 so befestigt, dass sie die Düse 14 in der Strahlrichtung des Plasmalichtbogens aus der Düse 14 abdeckt. Der Benutzer kann die Abschirmkappe 16 aus einem nichtmagnetischen Material, die sich bereits an dem Plasmabrenner 3 befindet, durch die Abschirmkappe 16 aus magnetischem Material ersetzen. Dann schneidet der Benutzer das zu schneidende Element W mit dem Plasmabrenner 3.
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Bei der Plasmaschneidemaschine 1 gemäß vorliegender Ausführungsform ist die aus magnetischem Material bestehende Abschirmkappe 16 so angeordnet, dass sie die Düse 14 in der Strahlrichtung des Plasmalichtbogens aus der Düse 14 abdeckt. Die Abschirmkappe 16 bewegt sich mit der Düse 14, während die vorstehende Anordnung aufgrund der Bewegung des Plasmabrenners 3 beibehalten wird. Wie in 4 dargestellt ist, wird daher der magnetische Streufluss (siehe den Pfeil A1), der sich von dem Schneideschlitz zu dem Plasmalichtbogen in der Nähe der Düse 14 ausbreitet, aufgrund der Abschirmkappe 16 verhindert. Das Ergebnis ist, dass sich eine Lichtbogenablenkung verhindern lässt, dass gleichzeitig der Arbeiter entlastet wird und dass negative Einflüsse auf das zu schneidende Element W verringert werden. Insbesondere lässt sich ein doppelter Lichtbogen, der der Düse großen Schaden zufügen kann, wirksam verhindern.
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Wenn die Abschirmkappe 16 aus einem magnetischen Material besteht, ergibt sich das Problem, dass die Abschirmkappe 16 infolge ihres fortwährenden Einsatzes magnetisiert wird. Das heißt, wenn die Abschirmkappe 16 aus einem magnetischen Material besteht, wird diese magnetisiert und wird ein Permanentmagnet, da die Abschirmkappe 16 über eine lange Zeit dem durch den Plasmalichtbogen bewirkten Magnetismus ausgesetzt ist. Wenn die Abschirmkappe 16 magnetisiert wird, kann es zur Entstehung eines doppelten Lichtbogens und zu Schnittfehlern kommen, die ein Problem darstellen, das das gleiche ist wie das Problem, das durch die Lichtbogenablenkung infolge des Magnetismus des zu schneidenden Elements W hervorgerufen wird. Wegen der Ursache für das Problem, dass die Abschirmkappe 16 magnetisiert wird, ist die Abschirmkappe 16 gemäß dem Stand der Technik normalerweise aus einem nichtmagnetischen Material gebildet. Vom Standpunkt der Unterdrückung einer Lichtbogenablenkung wird bei der Plasmaschneidemaschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform jedoch die Abschirmkappe 16 aus magnetischem Material verwendet. Auch ist die Abschirmkappe 16 abnehmbar. Wenn also die Abschirmkappe 16 magnetisiert wird, lässt sich das Problem der Magnetisierung der Abschirmkappe 16 auf einfache Weise lösen, indem die Abschirmkappe 16 von dem Plasmabrenner 3 entfernt und der Magnetismus durch eine Entmagnetisierungsvorrichtung beseitigt wird.
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Darüber hinaus gelangt die Abschirmkappe 16 aus einem magnetischen Material nicht mit dem zu schneidenden Element W in Kontakt. Daher können durch Vibrationen bedingte nachteilige Einflüsse auf die Schnittfläche verhindert werden.
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Die Plasmaschneidemaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden erläutert. 5 zeigt einen Bereich der Plasmaschneidemaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform. Wie in 5 dargestellt ist, ist die Schneidemaschine mit einer Metallplatte 61 versehen. Die Metallplatte 61 besteht aus einem magnetischen Material, zum Beispiel Kohlenstoffstahl. Die Metallplatte 61 ist an dem Plasmabrenner 3 befestigt. Wahlweise kann die Metallplatte 61 an der vorgenannten Bewegungsvorrichtung 4 montiert sein. Die Metallplatte 61 ist lösbar an dem Plasmabrenner 3 oder an dem beweglichen Wagen 41 befestigt. Das heißt, die Metallplatte 61 ist austauschbar vorgesehen.
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Die Metallplatte 61 ist so angeordnet, dass sie dem distalen Endbereich des Plasmabrenners 3 in der Strahlrichtung des Lichtbogens gegenüberliegt. Das heißt, die Metallplatte 61 ist derart angeordnet, dass sie die Düse 14 in der Strahlrichtung des Plasmalichtbogens aus der Düse 14 abdeckt. Die Metallplatte 61 ist derart angeordnet, dass sie Düse 14 bei Betrachtung aus der axialen Richtung der Düse 14 überdeckt. Das heißt, die Metallplatte 61 ist derart angeordnet, dass sie die Düse 14 bei Betrachtung aus der Strahlrichtung des Plasmalichtbogens überdeckt. Die Metallplatte 61 hat eine Öffnung 62, durch welche der Plasmalichtbogen hindurchtritt. Der Durchmesser der Öffnung 62 in der Metallplatte 61 ist kleiner als der Außendurchmesser der Düse 14.
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Beim Schneiden des zu schneidenden Elements W mit der Plasmaschneidevorrichtung befestigt der Benutzer die Metallplatte 61 aus dem magnetischen Material an der Plasmaschneidemaschine, wobei die Metallplatte 61 dann derart befestigt ist, dass sie die Düse 14 in der Strahlrichtung des Plasmalichtbogens aus der Düse 14 abdeckt. Der Benutzer kann die Metallplatte 61 aus dem magnetischen Material unter Verwendung des vorhandenen Plasmabrenners 3 an der Plasmaschneidemaschine anbringen. Aus diesem Grund kann die Abschirmkappe 16 aus einem nichtmagnetischen Material bestehen. Der Benutzer schneidet dann das zu schneidende Element W mit dem Plasmabrenner 3.
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Ansonsten sind die Konfigurationen der Plasmaschneidemaschine gemäß der zweiten Ausführungsform identisch mit jenen der Plasmaschneidemaschine 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Die mit der Plasmaschneidemaschine gemäß der zweiten Ausführungsform erzielbaren Wirkungen sind identisch mit den Wirkungen, die mit der Plasmaschneidemaschine 1 gemäß der ersten Ausführungsform erzielt werden können.
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Die Plasmaschneidemaschine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend erläutert. 6 zeigt einen Bereich der Plasmaschneidemaschine gemäß der dritten Ausführungsform. Wie in 6 dargestellt ist, ist die Plasmaschneidemaschine mit einer Kappe 71 versehen. Die Kappe 71 besteht aus einem magnetischen Material, zum Beispiel Kohlenstoffstahl. Die Kappe 71 ist lösbar an dem distalen Endbereich des Plasmabrenners 3 befestigt. Das heißt, die Kappe 71 ist austauschbar vorgesehen. Zum Beispiel ist die Kappe 71 an der Haltekappe 17 oder an dem Brennerhauptkörper 11 befestigt. Die Kappe 71 deckt die Außenseite der Abschirmkappe 16 ab. Die Kappe 71 deckt die Außenseite der Haltekappe 17 ab.
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Die Kappe 71 ist so angeordnet, dass sie dem distalen Endbereich des Plasmabrenners 3 in der Strahlrichtung des Plasmalichtbogens gegenüberliegt. Das heißt, die Kappe 71 ist derart angeordnet, dass sie die Düse 14 in der Strahlrichtung des Plasmalichtbogens aus der Düse 14 abdeckt. Die Kappe 17 ist derart angeordnet, dass sie die Düse bei Betrachtung aus der axialen Richtung der Düse 14 überdeckt. Das heißt, die Kappe 71 ist derart angeordnet, dass sie die Düse 14 bei Betrachtung aus der Strahlrichtung des Plasmalichtbogens überdeckt. Die Kappe 71 hat eine Öffnung 72, durch welche der Plasmalichtbogen hindurchtritt. Der Durchmesser der Öffnung 72 in der Kappe 71 ist kleiner als der Außendurchmesser der Düse 14.
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Beim Schneiden des zu schneidenden Elements W mit der Plasmaschneidevorrichtung befestigt der Benutzer die Kappe 71 aus dem magnetischen Material an dem Plasmabrenner 3, wobei die Kappe 71 dann derart befestigt ist, dass sie die Düse 14 in der Strahlrichtung des Plasmalichtbogens aus der Düse 14 abdeckt. Der Benutzer kann die Kappe 71 aus dem magnetischen Material an dem vorhandenen Plasmabrenner 3 anbringen. Aus diesem Grund kann die Abschirmkappe 16 aus einem nichtmagnetischen Material bestehen. Der Benutzer schneidet dann das zu schneidende Element W mit dem Plasmabrenner 3.
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Ansonsten sind die Konfigurationen der Plasmaschneidemaschine gemäß der dritten Ausführungsform identisch mit jenen der Plasmaschneidemaschine 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Die mit der Plasmaschneidemaschine gemäß der dritten Ausführungsform erzielbaren Wirkungen sind identisch mit den Wirkungen, die mit der Plasmaschneidemaschine 1 gemäß der ersten Ausführungsform erzielt werden können.
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Wenngleich vorliegende Erfindung anhand einer Ausführungsform beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, sondern erlaubt innerhalb ihres Rahmens verschiedene Modifikationen.
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Die Konstruktion des Plasmabrenners 3 ist nicht auf die vorstehend beschriebene Konstruktion beschränkt und kann modifiziert werden. Zum Beispiel kann jeweils die Form des Brennerhauptkörpers 11, der Elektrode 12, der Düse 14, der Innenkappe 15, der Abschirmkappe 16 oder der Haltekappe 17 modifiziert werden. Wahlweise ist eine Modifikation des Zuflusskanals und des Abflusskanals für das flüssige Kühlmittel möglich.
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Das Material der Elektrode 12 und der Düse 14 ist nicht auf Kupfer beschränkt und kann ein anderes Material sein. Das Material der Elektrode 12 und der Düse 14 kann vorzugsweise über eine hohe thermische oder elektrische Leitfähigkeit verfügen. Das jeweilige Material der Innenkappe 15 und der Haltekappe 17 ist nicht auf Kupfer oder Messing beschränkt und kann auch ein anderes Material sein. Das Material der Innenkappe 15 und der Haltekappe 17 besitzt vorzugsweise eine hohe thermische Leitfähigkeit. Das Material der Abschirmkappe 16 ist nicht auf Kohlenstoffstahl beschränkt und kann auch ein anderes magnetisches Material sein.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Erfindungsgemäß werden eine Plasmaschneidemaschine und ein Schneideverfahren angegeben, bei der/dem eine Lichtbogenablenkung wirksam verhindert werden kann, während nachteilige Einflüsse auf das zu schneidende Element verringert werden und der Arbeiter entlastet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 12
- Elektrode
- 14
- Düse
- 3
- Plasmabrenner
- 71
- Kappe
- 61
- Metallplatte
- 16
- Abschirmkappe
- 2
- Tisch
- 4
- Bewegungsvorrichtung
