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Sicherungseinrichtung an Plasmaschneid-, Schweiß- oder Spritzanlagen
Die Erfindung betrifft eine Sicherungseinrichtung an Plasmaschneid-, Schweiß- oder
Spritzanlagen zum Beseitigen der nach dem Ausbleiben des Hauptlichtbogens sich aufbauenden
Leerlauf'spannung.
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Bekanntermaßen arbeiten Plasmaschneidanlagen mit hohen Leerlaufspannungen,
die Werte von etwa 400 Volt erreichen. Um Unfälle zu vermeiden, muß daher ein sicheres
Abschalten des Plasmagleichrichters gewährleistet sein, wenn der Plasmalichtbogen
aus irgendeinem Grunde erlischt. Ein Erlöschen des Plasmalichtbogens kann beispielsweise
bei zu großem Brennerabstand vom Werkstück, beim Überfahren des Werkstückendes oder
auch auf Grund eines absinkenden Gasdruckes erfolgen.
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Bisher konnten die üblicherweise Gleichstrom abgebenden Lichtbogenstromqueilen
nur von Hand abgeschaltet werden, wenn der Bedienungsmann ein Erlöschen des Lichtbogens
bemerkte oder selbst den Lichtbogen löschen wollte. Ferner kann es beim Starten
des Plasmabrenners vorkommen, daß nach dem Einleiten des Startvorganges der Hauptlichtbogen
nicht zündet. Auch in diesem Fall muß dann die Leerlaufspannung von Hand abgeschaltet
werden.
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Auf Grund der menschlichen Unzulänglichkeit kommt es jedoch zuweilen
vor, daß das Abschalten der Leerlaufspannung vergessen wird, zumal an der Anlage
äußerlich nichts darauf hinweist, ob die Leerlaufspannung ein- oder abgeschaltet
ist. Wird nun beispielsweise bei eingeschalteter Leerlaufspannung der Brenner auseinandergebaut,
um ihn auf die eventuelle Ursache des Ausbleibens des Lichtbogens zu untersuchen,
kann es, insbesondere bei frei liegender Elektrode, zu den bereits obenerwähnten
Unfällen kommen, die auf Grund der hohen Spannung von etwa 400 Volt ohne weiteres
einen tödlichen Ausgang nehmen können.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die vorstehend genannte
Gefahr zu beseitigen und den durch menschliche Unzulänglichkeit bedingten Unsicherheitsfaktor
an Plasmaanlagen der eingangs genannten Art zu eliminieren. Die Erfindung ist im
wesentlichen gekennzeichnet durch mindestens ein Relais im Lichtbogenstromkreis
zum automatischen Abschalten des Lichtbogenstromes in Abhängigkeit von dessen Stärke.
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Im einzelnen kann der erfindungsgemäße Vorgang beispielsweise folgendermaßen
ablaufen: Beim Starten der Anlage wird der Lichtbogenstrom durch einen Kontakt im
Lichtbogenstromkreis von Hand eingeschaltet. Beim Zünden des Lichtbogens verringert
sich die Leerlaufspannung auf den Betriebsspannungswert von etwa 200 Volt. Gleichzeitig
erhöht sich der Lichtbogenstrom auf Grund der fallenden Lichtbogencharakteristik,
und das erfindungsgemäße Relais spricht an. Das Relais hält nun den anfänglich von
Hand geschlossenen Kontakt weiterhin geschlossen, so daß die Anlage in Betrieb bleibt.
Erlischt nun aus irgendeinem Grund der Lichtbogen, so verringert sich der Lichtbogenstrom,
das Relais fällt ab, und der Kontakt im Lichtbogenstromkreis öffnet sich. Der Lichtbogenstromkreis
ist damit unterbrochen, und die hohe Leerlaufspannung bricht zusammen.
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Sollte sich nach dem Betätigen des Startkontaktes kein Lichtbogen
aufbauen, so spricht das Relais gar nicht erst an, und der Lichtbogenstromkreis
ist nach Loslassen des Startkontaktes - etwa nach einer Sekunde - sofort wieder
unterbrochen.
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Da Lichtbogenstrom und -spannung im Lichtbogenstromkreis vergleichsweise
hoch sind, ist es jedoch vorteilhafter, den Kontakt im Lichtbogenstromkreis für
den Start der Anlage nicht von Hand, sondern durch ein Schütz zu bedienen. Eine.
entsprechende Ausführungsform der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Nebenstromkreis
mit einem von Hand gegen Federkraft zu schließenden Startschalter, ein in Reihe
mit dem Startschalter geschaltetes Schütz zum Schließen eines Kontaktes im Lichtbogenstromkreis
sowie ferner durch einen im Nebenstromkreis parallel zum Startschalter angeordneten
ersten Nebenstromkreiskontakt, welcher durch das Relais gegen Federkraft schließbar
ist.
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Der Nebenstromkreis soll mit vergleichsweise geringem Strom und geringer
Spannung arbeiten und ist daher zweckmäßig an das übliche 220-Volt-Wechselstromnetz
angeschlossen.
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Der Startvorgang wird durch Schließen des Startschalters eingeleitet.
Der Nebenstromkreis ist nun geschlossen, das Schütz zieht an und schließt den
Kontakt
im Lichtbogenstromkreis. Nachdem sich ein Lichtbogen aufgebaut hat; spricht das
Relais im Lichtbogenstromkreis an und schließt den parallel zum Startschalter im
Nebenstromkreis angeordneten ersten Nebenstromkreiskontakt, wodurch der Startschalter
überbrückt ist und nunmehr losgelassen werden kann. Der ganze Startvorgang spielt
sich etwa innerhalb von 0,2 bis 0,5 Sekunden ab, so daß ein kurzes Betätigen des
Startschalters genügt; um die Anlage in Gang zu setzen.
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Sollte der Startvorgang etwas länger dauern, kann dies durch entsprechend
längeres Niederhalten des Startschalters ohne weiteres ausgeglichen werden. Baut
sich kein Lichtbogen auf, so ist die Anlage ebenso wie in der vorstehend geschilderten
Ausführungsform unmittelbar nach dem Loslassen des Startschalters sofort stromlos.
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Bei Erlöschen des Lichtbogens fällt wiederum das Relais ab, der dem
Startschalter parallele Kontakt im Nebenstromkreis öffnet sich; das Schütz fällt
nun ebenfalls ab, und der Kontakt im Lichtbogenstromkreis öffnet sich, womit dann
die Lichtbogenstromquelle abgeschaltet ist.
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Eine weitere Gefahr bei Plasmaanlagen der eingangs genannten Art bedeutet
das Auftreten zu hoher Lichtbogenströme, beispielsweise bei zu geringem Brennerabstand
vom Werkstück oder gar einem Kurzschlußelektrodenwerkstück. Um einer dadurch bedingten
Beschädigung des Brenners bzw. des Werkstücks vorzubeugen, empfiehlt es sich, die
Plasmaanlage auch bei Auftreten eines zu hohen Lichtbogenstromes automatisch abzuschalten.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, welche diese Möglichkeit berücksichtigt,
ist gekennzeichnet durch einen zweiten Nebenstromkreiskontakt, welcher in Reihe
zum Startschalter und zum ersten Nebenstromkreiskontakt angeordnet ist und durch
ein zweites Relais im Lichtbogenstromkreis gegen Federkraft zu öffnen ist.
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Eine weitere Verbesserung des Startvorganges der Plasmaanlagen ist
durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform zu erreichen, die gekennzeichnet ist
durch einen dritten, durch das Schütz gegen Federkraft zu schließenden 1"Tebenstromkreiskontakt
und ein Zeitrelais, wobei der dritte Nebenstromkreiskontakt und das Zeitrelais im
Nebenstromkreis in Reihe mit dem ersten Nebenstromkreiskontakt, jedoch parallel
zum Startschalter angeordnet sind, ferner durch einen vierten Nebenstromkreiskontakt,
welcher in Reihe mit dem Startschalter, jedoch parallel zum ersten Nebenstromkreiskontakt
angeordnet und -durch das Zeitrelais mit Verzögerung zu öffnen ist.
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Durch das Zeitrelais ist der Zündvorgang zeitlich begrenzt auf etwa
0,2 bis 0,5 Sekunden, unabhängig davon, wie lange der Startschalter betätigt wird.
Brennt nach dem zeitlich begrenzten Zündvorgang kein Hauptlichtbogen, wird die Leerlaufspannung
automatisch abgeschaltet.
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In. der Zeichnung sind zur näheren Erläuterung der Erfindung Ausführungsbeispiele
dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 eine Ausführungsform eines Schaltbildes ohne
Zeitrelais und F i g. 2 eine Ausführungsform eines Schaltbildes i mit Zeitrelais.
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Nach F i g. 1 und 2 ist der Lichtbogenstromkreis mit 10 bezeichnet.
Er wird von einer Wechselstromquelle 11 gespeist. Der Wechselstrom wird durch einen
Gleichrichter 12 in Gleichstrom umgewandelt. Der schematisch dargestellte und mit
13 bezeichnete Plasmabrenner ist am Minuspol und das ebenfalls angedeutete Werkstück
14 am Pluspol des Gleichstromkreises angeschlossen.
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Dem Gleichstrom ist ein von einem Impulsgerät 15 ausgehender hochfrequenter
Wechselstrom überlagert, der zur .Zündung des Hauptlichtbogens dient und nach erfolgter
Zündung des Hauptlichtbogens von Hand abgeschaltet wird. Das Impulsgerät 15 wird
durch eine Wechselstromquelle 16 gespeist.
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Nachdem der Lichtbogenstromkreis durch einen Kontakt d11 geschlossen
ist, baut sich zwischen der Elektrode 17 des Brenners 13 und dem Werkstück 14 eine
Leerlaufspannung von etwa 400 Volt auf, die sich nach erfolgter Zündung des Hauptlichtbogens
auf eine Betriebsspannung von etwa 200 Volt reduziert. Infolge der fallenden Gleichrichtercharakteristik
steigt nun der Strom in dem vom Gleichrichter 12 ausgehenden Gleichstromkreis auf
seine Betriebsstromstärke an. Ein im Gleichstromkreis angeordnetes Relais e1 ist
so ausgelegt, daß es bei Erreichen der Betriebsstromstärke anspricht. Ein weiteres,
mit e 2 bezeichnetes Relais ist dagegen derart ausgelegt, daß es nur bei vergleichsweise
hoher Stromstärke, wie sie beispielsweise bei einem Kurzschlußelektrodenwerkstück
auftritt, reagiert.
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Die Relais e1, e2 dienen zur Betätigung von in einem Nebenstromkreis
angeordneten Kontakten e11 bzw. e 21. In F i g. 1 ist der Nebenstromkreis mit 18
bezeichnet. Er erstreckt sich zwischen den Phasen R, S eines Drehstromnetzes und
enthält in Reihe hintereinandergeschaltet einen Stopschalter 19, den bereits erwähnten
Kontakt e21, einen Startschalter 20 und ein Schütz d1. Parallel zum Startschalter
20 ist der Kontakt e 11 angeordnet.
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Die Wirkungsweise der in F i g. 1 dargestellten Einrichtung ist folgende:
Das Starten der Plasmaanlage erfolgt durch Schließen des Startschalters 20. Dadurch
ist der Nebenstromkreis 18 geschlossen, das Schütz d1 zieht an und schließt den
Kontakt d11 im Lichtbogenstromkreis 10. Nach Zündung des Hauptlichtbogens spricht
das Relais e1 an und schließt den Kontakt e11. Der Startschalter 20 ist somit überbrückt
und kann losgelassen werden. Die Anlage hält sich nun selbsttätig in Betrieb. Erlischt
aus irgendeinem Grund der Hauptlichtbogen, so verringert sich der Strom im Lichtbogenstromkreis,
das Relais e1 fällt ab, und der Kontakte 11 öffnet sich. Damit ist der Nebenstromkreis
18 geöffnet, das Schütz dl fällt ab, und der Kontakt d11 öffnet den Lichtbogenstromkreis
10. Dieser Vorgang läuft in Bruchteilen von Sekunden ab, so daß die beim Erlöschen
des Lichtbogens kurzzeitig auftretende Leerlaufspannung sofort wieder zusammenbricht.
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Fließt im Gleichstromkreis dagegen ein zu hoher Strom, was beispielsweise
bei einem Kurzschlußelektrodenwerkstück eintreten kann, so spricht das Relais e2
an und öffnet den Nebenstromkreis 18 durch öffnen des Kontaktes e21. Auch in diesem
Fall wird der Lichtbogenstromkreis in oben beschriebener Weise geöffnet, und es
werden dadurch Schäden an Brenner und Werkstück vorteilhaft vermieden. Ein Abschalten
des Lichtbogenstromes ist darüber hinaus jederzeit von Hand durch Betätigen des
Stopschalters 19 möglich.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 2
ist der Nebenstromkreis mit 21 bezeichnet. Auch hier sind ein Stopschalter 22, ein
Startschalter 23 und ein Schütz dl in Reihe hintereinandergeschaltet. Parallel zum
Startschalter 23 ist wiederum ein Kontakte 11 angeordnet. Die Funktionen der Elemente
22, 23, d1 und e11 entsprechen den oben beschriebenen Funktionen der Elemente 19,
20, d 1 und e 11 nach F i g. 1 und brauchen daher nicht noch einmal erläutert zu
werden. Darüber hinaus sind im Nebenstromkreis 21 ein Kontakt d12 und ein Zeitrelais
ZR in Reihe hinter dem Kontakt e 11 und ein weiterer Kontakt ZR 1 zwischen Kontakt
e 21 und Startschalter 23 angeordnet.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung nach F i g. 2 ist folgende: Durch
Schließen des Startschalters 23 werden Schütz d1 und Zeitrelais ZR erregt. Das von
Hand eingeschaltete Zündgerät 15 liefert Zündimpulse, und über Kontakt d 11 werden
etwa 400 Volt Gleichspannung an den Plasmabrenner 13 gelegt. Der entstehende Hauptlichtbogen
läßt das Stromrelais e1 anziehen, das seinen Kontakte 11 schließt. Nach 0,5 bis
2 Sekunden öffnet das Zeitrelais ZR seinen Kontakt ZR 1. ZR 1 öffnet, wird aber
von Kontakt e 11 überbrückt, so daß d1 gehalten bleibt und damit auch der Plasmagleichrichter
12 weiterarbeitet.
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Reißt aus irgendeinem Grund der Lichtbogen ab, so fließt kein Strom
mehr durch das Relais e l. Es fällt ab, Kontakt e11 öffnet, wobei d1 stromlos wird
und die Gleichspannung über Kontakt d12 abschaltet.
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Der Unterschied der Ausführungsform nach F i g. 2 gegenüber der nach
F i g. 1 besteht im wesentlichen darin, daß die Leerlaufspannung unabhängig vom
Loslassen des Startschalters 23 automatisch abgeschaltet wird, wenn nach dem zeitlich
begrenzten Zündvorgang kein Hauptlichtbogen brennt.