DE1294155C2 - Anlage zur bearbeitung von metallen mittels plasmalichtbogen - Google Patents

Description

schneiden geeignet. Ein stufenloses Anwachsen des Schneidstroms zu Beginn des Schneidvorgangs schließt eine doppelte Lichtbogenbildung absolut aus, wodurch die Standzeit der Düse verlängert, die Qualität der Schneidkanten verbessert und die Leistungsfähigkeit beim Schneiden erhöht wird. Die stufenlose Regelung und Programmsteuerung des Schneidstroms während des Schneidens gestatten einen weiten Anwendungsbereich der Anlage.

Die Erfindung wird nun an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anlage,

Fig. 2 das Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Versorgungseinheit beim Handschneiden.

Eine erfindungsgemäße Anlage (Fig. 1 und 2) enthält eine Versorgungseinheit 1 für den Schneidlichtbogen, eine Versorgungseinheit 2 für einen Hilfslichtbogen, eine Gleichstromquelle 3, einen Steuer- ao schrank 4 und einen Schneidbrenner 5. Im Steuerschrank 4 befinden sich ein Oszillator 6, ein Zeitrelais 7, ein Regelblock 8 für das Schneidgasgemisch, ein Relaiskreis 9, ein Umschalter 10 und ein Relais 11 im Schneidstromkreis. Außerhalb der Anlage ist ein Schaltpunkt 12 für das Maschinenschneiden vorgesehen. An einem Handgriff des Schneidbrenners 5 befindet sich ein Ein- und Ausschaltdruckknopf 13 für die Steuerung beim Handschneiden.

Die Speisespannung liegt an den Klemmen a, b und c der Versorgungseinheit 1 für den Schneidlichtbogen und an den Klemmen a' b' und c' der Versorgungseinheit 2 für den Hilfsbogen. Das Gas wird aus dem Regelblock 8 für das Schneidgasgemisch (in Fig. 1 ist der Gasweg durch eine gestrichelte Linie dargestellt) zum Schneidbrenner 5 geleitet.

Der Schneidbrenner 5 enthält eine nichtschmelzende Elektrode 14 und eine elektrisch leitende Düse 15. Zwischen der Elektrode 14 und der Düse 15 wird der Hilfslichtbogen 16 gezündet. Der Schneidlichtbogen 17 brennt zwischen der Elektrode 14 und dem zu schneidenden Werkstück 18.

Die Versorgungseinheit 1 für den Schneidlichtbogen besteht aus einem Schütz 19, einem Leistungstransformator 20, dessen Sekundärwicklung 21 beim Handschneiden in Dreieck geschaltet ist, und einem Magnetverstärker 22 mit einer Magnetisierungswicklung 23 und einer Entmagnetisierungswicklung 24 (der Wicklungsanfang ist mit »H«, das Wicklungsende mit »X« bezeichnet). Die Steuereinrichtungen der Versorgungseinheit 1 sind ein Schneidstromrückkopplungskreis 25, ein Entmagnetisierungssteuerkreis 26, der die Wicklung 24 speist, und ein Magnetisierungssteuerkreis 27, der die Wicklung 23 speist.

Der Schneidstromrückkopplungskreis 25 enthält einen Stromwandler 28, einen Gleichrichter 29 in Brückenschaltung, der durch einen Widerstand 30 belastet ist, einen integrierenden Kreis aus einem Widerstand 31 und einem Kondensator 32, eine steuerbare Halbleiterdiode 33 und eine Halbleiterdiode 34. An Klemmen / und g wird eine Bezugsspannung von der unabhängig regelbaren Gleichstromquelle 3 gelegt. Der Magnetisierungssteuerkreis 27 besteht aus Widerständen 35 und 36 und einem Kondensator 37. Der Entmagnetisierungssteuerkreis 26 enthält einen Widerstand 38, einen Kondensator 39 und Halbleiterdioden 40 und 41. Der Magnetisierungssteuerkreis 27 wird durch einen Arbeitskontakt 42 und der Entmagnetisierungssteuerkreis 26 durch einen Ruhekontakt 43 des Relais 11 im Schneidstromkreis bei geschlossener Taste 44 geschaltet.

Die Anlage arbeitet beim Handschneiden folgendermaßen:

Die Sekundärwicklung 21 des Transformators 20 wird in Dreieck geschaltet. Mit der Taste 44 wird der Kreis aus dem Widerstand 38, den Dioden 41 und 40 und dem Kondensator 39 unterbrochen. Der Umschalter 10 wird in Position »e« gebracht, wodurch die Steuerung auf den am Handgriff des Schneidbrenners 5 befestigten Druckknopf 13 umgeschaltet wird. Mit Hilfe des Regelblocks 8 werden die Zusammensetzung und die Menge des zum Schneiden erforderlichen Gasgemisches eingestellt. Beim Betätigen des Druckknopfs 13 wird über den Relaiskreis 9 die Gaszufuhr eingeschaltet, und die Gasleitungen werden durchströmt. Gleichzeitig wird das Zeitrelais 7 eingeschaltet, das nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit den Oszillator 6 einschaltet, durch den der Hilfsbogen 16 gezündet wird. Der Druckknopf 13 gibt außerdem einen Befehl zum Einschalten des Schützes 19 und veranlaßt hierdurch eine Speisung der Primärwicklung des Transformators 20.

Sobald die Flamme des Hilfsbogens 16 das Werkstück 18 berührt, zündet der Schneidlichtbogen 17.

Das Relais 11 im Stromkreis des Schneidlichtbogens 17 schließt bei seinem Ansprechen mit Hilfe seines Kontaktes 42 den Widerstand 35 kurz, so daß die Stromstärke in der Wicklung 23 ansteigt. Die hierzu benötigte Zeitdauer hängt von der Größe des Widerstands 36 und des Kondensators 37 ab. Mit wachsender Stromstärke in der Wicklung 23 wächst auch der Schneidstrom des Schneidlichtbogens 17, bis der Rückkopplungskreis 25 in Tätigkeit tritt. Dies geschieht folgendermaßen: Der im Brückengleichrichter 29 gleichgerichtete Sekundärstrom des Stromwandlers 28 erzeugt am Widerstand 30 eine Rückkopplungsspannung, die dem Schneidstrom proportional ist. Zu dieser Spannung entgegengesetzt gerichtet liegt die Bezugsspannung an den Klemmen / und g des Widerstands 31. Die Differenz dieser Spannungen erzeugt im Steuerkreis der Diode 33 einen Steuerstrom, dessen Pulsationen und mögliche Schwankungen durch den Widerstand 31 und den Kondensator 32 geglättet werden. Auf diese Weise steuert die Größe der Bezugsspannung den Augenblick, in dem die Diode 33 öffnet.

Nachdem die Diode 33 sich geöffnet hat, fließt über diese ein Strom in die Wicklung 24, und zwar vom Wicklungsende zum Wicklungsanfang, wobei der Magnetverstärker entmagnetisiert wird. Hierdurch wird ein weiteres Anwachsen des Schneidstroms verhindert. Beim Sperren der Diode 33 schließt die Diode 34 die Wicklung 24 kurz, und das Schneiden erfolgt bei stationärem Schneidstrom. Wenn der Schneidstrom während des Schneidens geändert werden muß, wird die an die Klemmen / und g gelegte Bezugsspannung verändert.

Um den Schneidvorgang zu beenden, wird der Druckknopf 13 ein zweites Mal betätigt. Hierbei schaltet der Relaiskreis 9 das Schütz 19 ab. Der Schneidlichtbogen 17 erlischt, der Kreis des Relall 11 wird unterbrochen und die Gaszufuhr unterbleibt.

Beim Maschinenschneiden wird die Sekundärwicklung 21 des Transformators 20 in Stern geschaltet. Mit der Taste 44 wird der Kreis aus dem Widerstand 38, den Dioden 41 und 40 und dem Kondensator 39

geschlossen. Der Umschalter 10 wird in Position »d« gebracht, wodurch die Steuerung auf das Pult 12 umgeschaltet wird.

Nachdem die Gaszusammensetzung eingestellt ist, arbeitet die Anlage in der beschriebenen Weise beim Betätigen eines entsprechenden Knopfes am Pult 12. Die anfängliche Senkung des Stroms des Schneidlichtbogens 17 in dem Augenblick, in dem er gezündet wird, wird durch Entmagnetisieren des Magnetverstärkers 22 mit Hilfe der Wicklung 24 erzielt. Über den geschlossenen Kontakt des Relais 11, den Widerstand 38 und die Dioden 41 und 40 fließt ein Strom durch die Wicklung 24. Hierdurch wird der Magnetverstärker 22 entmagnetisiert. Gleichzeitig wird der Kondensator 39 aufgeladen. Mit Hilfe des Widerstands 38 wird eine solche Entmagnetisierungsstromstärke gewählt, daß der Gesamteffekt der Wicklungen 23 und 24 einen geringen Anfangsstrom des Schneidlichtbogens 17 gewährleistet. Beim Zünden des Schneidlichtbogens 17 spricht Relais 11 an und unterbricht mit Hilfe seines Ruhekontakts 43 den Kreis 26, während der Arbeitskontakt 42 den Widerstand 35 kurzschließt. Infolge der Entladung des Kondensators 39 wird der Entmagnetisierungsstrom in der Wicklung 24 stufenlos vermindert, während der Magnetisierungsstrom in der Wicklung 23 ebenso wie beim Handschneiden ansteigt. Dementsprechend wächst auch der Strom des Schneidlichtbogens 17, bis er die vorgegebene Stärke erreicht. Da der Augenblick, in dem die Rückkopplung in Tätigkeit tritt, nur durch die Stromstärke des Schneidlichtbogens 17 und die Bezugsspannung an den Klemmen / und g bestimmt ist, erfordert der Rückkopplungskreis 25 kein Umschalten und arbeitet in gleicher Weise sowohl beim Hand- als auch beim Maschinenschneiden.

Da die stationäre Stromstärke des Schneidlichtbogens 17 durch die Bezugsspannung an den Klemmen / und g bestimmt ist, kann bei der erfindungsgemäßen Anlage die Stromstärke des Schneidlichtbogens 17 stufenlos geregelt werden.

Außerdem ist es möglich, den Strom des Schneidlichtbogens 17 während des Schneidens durch entsprechendes Ändern der Bezugsspannung an den

ao Klemmen / und g programmzusteuern.

Die erfindungsgemäße Anlage kann auch für andere Arten der Metallbearbeitung mit Hilfe eines Plasmalichtbogens, wie z. B. zum Schweißen, Auftragschweißen usw., verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 besteht. Eine stufenlose Regelung und Programm-Patentansprüche· steuerung des Schneidstroms während des Schneid- v ' Vorgangs ist bei diesen Anlagen jedoch nicht möglich; die Rückkopplung der Versorgungseinheit ist nicht

1. Anlage zur Bearbeitung von Metallen mittels 5 zum Umschalten der Anlage auf Handschneidbetrieb Plasmalichtbogen mit einem Magnetverstärker geeignet, der eine niedrigere Leerlaufspannung ermit Magnetisierungs- und Entmagnetisierungs- fordert.

wicklungen und einem Transformator im Schneid- Es ist ferner bekannt eine Anlage zur Bearbeitung Stromkreis und einem äußeren Schneidstromrück- von Metallen mittels Plasmalichtbogen mit einem kopplungskreis, der elektrisch mit der Entmagne- io Magnetverstärker mit Magnetisierungswicklung und tisierungswicklung des Magnetverstärkers gekop- einem Transformator im Schneidstromkreis und pelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß einem äußeren Schneidstromrückkopplungskreis, der in den äußeren Schneidstromrückkopplungskreis elektrisch mit der Magnetisierungswicklung des Ma-(25) eine steuerbare Diode (33) eingeschaltet ist, gnetverstärkers gekoppelt ist. Dabei befindet sich im deren Steuerkreis an eine unabhängig verstellbare 15 Steuerkreis des Magnetverstärkers ein Relais, dessen Gleichspannungsquelle (3) und an einen Gleich- Kontakt den Steuerkreis des Magnetverstärkers richter (29) im Sekundärkreis eines Stromwandlers schaltet. Die erforderliche Steuerleistung ist jedoch (28) angeschlossen ist, wobei die Spannungen der relativ hoch und die Regelgeschwindigkeit nicht groß Gleichspannungsquelle und am Gleichrichter (29) genug, um jederzeit ein genaues Einhalten des vorgeentgegengesetzt gerichtet sind, und daß die Steuer- ao gebenen Arbeitsstromes zu gewährleisten,
kreise des Magnetverstärkers (22) durch Kontakte Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eines Relais (11) im Schneidstromkreis geschaltet Anlage zum Schneiden von Metallen mittels Plasmawerden, lichtbogen anzugeben, die sowohl ein Hand- als auch

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ein Maschinenschneiden ermöglicht, und es gestattet, zeichnet, daß in den Steuerkreis der steuerbaren 35 den Schneidstrom während des Schneidens stufenlos Diode (33) ein integrierendes Glied zum Glätten zu regeln und programmzusteuern, so daß eine hohe der Steuerstrompulsationen und -Schwankungen Leistungsfähigkeit und gute Qualität der Schneideingeschaltet ist, das aus einem Widerstand (31) kanten erreicht wird.

und einem Kondensator (32) besteht. Diese Aufgabe wird bei einer Anlage zur Bearbei-

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 30 tung von Metallen mittels Plasmalichtbogen mit einem gekennzeichnet, daß zum stufenlosen Ansteigen Magnetverstärker mit Magnetisierungs- und Entdes Schneidstroms vom Anfangswert bis auf die magnetisierungswicklungen und einem Transformator vorgegebene Größe an die Magnetisierungswick- im Schneidstromkreis und einem äußeren Schneidlung (23) des Magnetverstärkers (22) ein RC- Stromrückkopplungskreis, der elektrisch mit der EntKreis und ein Arbeitskontakt (42) des Relais (11) 35 magnetisierungswicklung des Magnetverstärkers geim Schneidstromkreis angeschlossen sind. koppelt ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1, 2 den äußeren Schneidstromrückkopplungskreis eine oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum stufen- steuerbare Diode eingeschaltet ist, deren Steuerkreis losen Ansteigen des Schneidstroms beim Maschi- an eine unabhängige verstellbare Gleichspannungsnenschneiden an die Entmagnetisierungswicklung 40 quelle und an einen Gleichrichter im Sekundärkreis (24) des Magnetverstärker (22) ein Stromkreis eines Stromwandlers angeschlossen ist, wobei die angeschlossen ist, der aus einer Taste (44), einem Spannungen der Gleichspannungsquelle und am Ruhekontakt (43) des Relais (11) im Schneid- Gleichrichter entgegengesetzt gerichtet sind, und daß Stromkreis, einem Widerstand (38), Dioden (40 die Steuerkreise des Magnetverstärkers durch Kon- und 41) sowie einem Kondensator (39) besteht. 45 takte eines Relais im Schneidstromkreis geschaltet

werden.

Zum Glätten der Steuerstrompulsationen und -Schwankungen ist in den Steuerkreis der steuerbaren

Diode vorteilhaft ein integrierendes Glied eingeschal-

50 tet, das aus einem Widerstand und einem Kondensator besteht.

Zum stufenlosen Ansteigen des Schneidstroms vom Anfangswert bis auf die vorgegebene Größe ist an

Die Erfindung bezieht sich auf Anlagen zur Be- die Magnetisierungswicklung des Magnetverstärkers arbeitung, insbesondere zum Schneiden von Metallen 55 zweckmäßigerweise ein 7?C-Kreis und ein Arbeitsmittels Plasmalichtbogen. kontakt des Relais im Schneidstromkreis ange-

Anlagen zum Schneiden von Metallen mittels schlossen.

Plasmalichtbogen finden in der Industrie zur Zeit Zum stufenlosen Ansteigen des Schneidstroms beim

weitgehende Verwendung, da sie ein sehr leistungs- Maschinenschneiden ist an die Entmagnetisierungs-

fähiges und hochwertiges Schneiden von Metallen in 60 wicklung des Magnetverstärkers insbesondere ein

weitem Stärkenbereich erlauben. Stromkreis angeschlossen, der aus einer Taste, einem

Es ist eine Anlage zum Schneiden von Metallen Ruhekontakt des Relais im Schneidstromkreis, einem

mittels Plasmalichtbogen bekannt, die einen Steuer- Widerstand, zwei Dioden und einem Kondensator

schrank und eine Versorgungseinheit enthält, die aus besteht.

einem Leistungstransformator, einem Magnetverstär- 65 Die erfindungsgemäße Anlage ermöglicht leistungsker mit Magnetisierungs- und Entmagnetisierungs- fähiges Schneiden von Metallen mittels Plasmalichtwicklungen und einem äußeren Schneidstromrück- bogen und gewährleistet eine gute Schnittqualität. kopplungskreis mit Stromwandler und Gleichrichter Sie ist sowohl zum Hand- als auch zum Maschinen-