DE2434846A1

DE2434846A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines brenners

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Publication number: DE2434846A1
Application number: DE2434846A
Authority: DE
Inventors: Haruo Tateno
Original assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 1973-07-20
Filing date: 1974-07-19
Publication date: 1975-02-20
Also published as: DE2434846B2; US3949188A; FR2237720A1; FR2237720B1; JPS5116379B2; JPS5030766A

Description

RIKAGAKU KENKYUSHO, No. 2-1, Hirosawa, Wako-shi,-Saitama-ken, Japan

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Brenners

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Brenners mit einer Stabkathode und ersten und zweiten koaxialen ringförmigen Körpern. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Brenner mit übertragenem Bogen, bei denen Sauerstoff, Luft oder andere Gase verwendet werden, die die Stabkathode auf chemischem Wege erodieren.

Es ist bekannt, daß beim Schneiden von Eisen, Aluminium oder anderen Metallen mittels eines Brennern mit übertragenem Bogen die Verwendung von Luft oder Sauerstoff als wirksamem Gas (Plasmagas) das Aussehen der Schnittenden der Metallstücke verbessert, und daß die Verwendung eines solchen aktiven Gases die Schnittgeschwindigkeit des Brenners erhöht. Bisher sind zwei verschiedene Verfahren vorgeschlagen und auch tatsächlich benutzt worden. Bei einem dieser Verfahren, das nachfolgend als "erstes Verfahren" bezeichnet wird,

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wird ein Bogenbrenner mit einer Stabkathode aus Zirkon oder einer Legierung hiervon benutzt, die von einem einzigen ringförmigen Körper koaxial umgeben ist, wobei während des Betriebes diesem ringförmigen Raum zwischen der Stabkathode und dem ringförmigen Körper Luft zugeführt wird. Ein derartiger Bogenbrenner arbeitet gut, hat jedoch den Nachteil, daß die Stabkathode des Brenners in einer solch kurzen Zeit erodiert, daß die Instandsetzungskosten so groß sind wie die Hälfte der gesamten Arbeitskosten. .

Bei dem anderen, im nachfolgenden als "zweites Verfahren" bezeichneten Verfahren wird ein Bogenbrenner mit einer Stabkathode und zv/ei koaxialen ringförmigen Körpern verwendet. Während des Betriebes wird in den ringförmigen Raum zwischen der Stabkathode und dem ersten ringförmigen Körper ein inaktive's Gas und gleichzeitig in den Raum zwischen dem ersten und dem zweiten ringförmigen Körper ein aktives Gas züge- ■ führt, so daß auf diese Weise die Stabkathode gegenüber dem aktiven Gas geschützt ist. Dieses zweite Verfahren wird tatsächlich benutzt, seit es Brenner mit übertragenem Bogen gibt.

Die Grundidee dieses Verfahrens ist in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 8924/1960 beschrieben. Die Schärfe der Fokusierung oder Konzentration der Energie auf einem zu schneidenden Metallstück ist geringer als bei dem "ersten Verfahren". ■

Bei dem "zweiten Verfahren" zum Betreiben eines Brenners mit einer Stabkathode und zwei koaxial angeordneten ringförmigen Körpern wird ein inaktives Gas in den ringförmigen Raum zwischen der Stabkathode und de.n ersten ringförmigen Körper eingeleitet und ein Bogen zwischen der Stabkathode und'einem zu schneidenden Metallstück erzeugt. Schließlich vfird dem ringförmigen Raum zwischen dem ersten und zweiten ringförmigen Körper ein aktives Gas zugeführt. Dadurch wird ein Plasma erzeugt, welches aktives Gas enthält, das auf eine hohe

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Temperatur aufgeheizt wird. Es wurde hauptsächlich erkannt, daß, selbst -wenn der Durchsatz des verwendeten inaktiven Gases herabgesetzt wird, die Stabkathode erodiert und deformiert wird, und daß, selbst wenn der Durchsatz des verwendeten aktiven Gases erhöht wird, die Schnittgeschwindigkeit des Brenners sich nicht erhöht. Es wurden in diesem Zusammenhang keine Versuche unternommen, um herauszufinden, wie die Konzentration der Energie sich mit dem Durchsatz des Schutzgases ändert. '

Der Erfinder hat nun festgestellt, daß der Wärmeverlust an der Düse des zweiten ringförmigen Körpers abnimmt, wenn der Durchsatz des· inaktiven Gases unter einen bestimmten kritischen Wert fällt, der im Vergleich mit dem Durchsatz des inaktiven Gases, der bisher als angemessen erschien, sehr klein ist. Darüber hinaus hat der Erfinder festgestellt, daß der Durchsatz an inaktivem Gas, der zum Schutz der Stabkathode gewünscht wird, sehr gering sein kann, wenn der Durchsatz des aktiven Gases auf einem konstanten Wert gehalten wiied.

Der Erfindung, die von diesen Feststellungen ausgeht, liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Brenners mit übertragenem Bogen anzugeben, durch welches eine erhöhte Snergiekonzentration ohne Verkürzung der Lebensdauer erreicht wird. Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein inaktives Gas einem ersten Kanal zwischen der Stabkathode und dem ersten ringförmigen Körper zugeführt wird, daß ein aktives Gas einem zweiten Kanal zwischen dem ersten ringförmigen Körper und dem zweiten ringförmigen Körper zugeführt wird und daß ein Bogen über den länglichen Raum von der Stabkathode zu einem Werkstück erzeugt wird, wobei der Durchsatz des inaktiven Gases oberhalb eines Mihdestwertes liegt, um ein Einströmen des

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aktiven Gases in den ersten Kanal zu verhindern, und wobei der Durchsatz des inaktiven Gases in einem Bereich liegt, in welchem, sofern der Durchsatz des inaktiven Gases zunimmt, das Wandpotential an dem zweiten ringförmigen Körper abnimmt und der Wärmeverlust an dem zweiten ringförmigen Körper zunimmt .

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner eine Stabkathode, einen ersten ringförmigen Körper mit einer Düsenöffnung, der die Stabkathode umgibt und von dieser isoliert ist, und einen zweiten ringförmigen Körper mit einer Düsenöffnung, der die Stabkathode umgibt und von dieser isoliert ist, aufweist und daß das Gaszufuhrsystem eine erste Gaszuführung für die Zufuhr von Gas in den ersten Kanal zwischen der Stabkathode und dem ersten ringförmigen Körper aufweist, wobei diese erste Gaszuführung mit einem ersten und einem zweiten Ventil versehen ist, daß das Gaszufuhrsystem weiterhin eine zweite Gaszuführung für die Zufuhr von Gas in den zweiten Kanal zwischen dem ersten ringförmigen Körper und dem zweiten ringförmigen Körper aufweist, wobei diese zweite Gaszuführung mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Ventil versehen ist, daß das Gaszufuhrsystem weiterhin Mittel zur wechselweisen Betätigung der ersten und zweiten Ventile der zweiten Gaszuführung und Mittel zur gleichzeitigen Betätigung des zweiten Ventils der ersten Gaszuführung und des dritten Ventils der zweiten Gaszuführung aufweist.

Aus der nachfolgenden.BeSchreibung gehen weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung hervor.

Es zeigen:

Fig. 1 einen üblichen Brenner des Typs mit übertragenem Bogen mit einer Stabkathode und zwei ringförmigen Körpern im Schnitt,

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Pig. 2 einen elektrischen Schaltkreis, durch den die Einflußgrößen des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden können,

Pig, 3 eine graphische Darstellung, in welcher der Wärmeverlust und. das Wandpotential am zweiten ringförmigen Körper über dem Durchsatz des inaktiven Gases (Argon) aufgetragen sind,

Pig, 4 eine graphische Darstellung, in welcher der minimale Durchsatz des Schutzgases in Abhängigkeit von verschiedenen Düsendurchraessern des ersten ringförmigen Körpers aufgetragen ist, '

Pig, 5 eine graphische Darstellung, in welcher der Bogenstrom in Abhängigkeit von verschiedenen- Düsendurchmessern des zweiten ringförmigen Körpers eines Bogenbrenners aufgetragen ist, der in Pig. 1 dargestellt ist.

Pig. 6 erste und zweite Gaszuführungen zum Anschluß an den Bogenbrenner nach Pig, 1,

.Pig, 7 verschiedene Ausführungsformen.der zweiten Gaszuführung, und

Pig, 8 eine Abänderung der Gaszuführung nach Pig, 6.

In Pig, 1 ist ein Brenner mit übertragenem Bogen (arc transfer type) dargestellt, auf de:n sich die Erfindung bezieht. Während, des Betriebes wird inaktives Gas 4 einem ersten Kanal zwischen der Stabkathode 1 und einem ersten ringförmigen Körper 3 zugeführt , wohingegen ein aktives Gas 7 in den zweiten Kanal zwisehen dem ersten ringförmigen Körper 3 und dem zweiten ringförmigen Körper 6 eingeleitet wird. Ein übertragener Bogen 9 wird über den Raum zwischen der Stabkathode 1 und eintm zu bearbeitenden Werkstück 8 erzeugt. Mit 2 und 5 sind die Düsenöffnungon des ersten und zweiten ringförmigen Körpers bezeichnet. 10 ist ein elektrischer Isolator und 11 eine Gleichspannungsquelle, die eine fallende Spännungs-Strom-Charakteristik aufweist,; Die Stabkathode 1 ist an die negative Klemme der

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Gleichspaimungsleistungsquelle 11 angeschlossen. Die ersten und zweiten ringförmigen Körper 2 und 6 sind über Schalter und 13 mit der positiven Klemme der Quelle 11 verbunden. Das Werkstück 8 ist an die positive Klemme der Quelle 11 angeschlossen. Die ersten und zweiten ringförmigen Körper haben in der Zeichnung nicht näher dargestellte Mittel zur Wasserkühlung.

Der Brenner ist nach Durchführung folgender Schritte'in Betrieb:

1. Ein inaktives Gas 4 wird dem ersten Kanal zugeführt, wobei der Durchsatz groß genug ist, um zu erlauben, daß der Bogenfußpunkt sich von der Düse des ersten ringförmigen Körpers 3 zu der Düse des zweiten ringförmigen Körpers 6 bewegt."

2. Die Lelstungsquelle 11 wird eingeschaltet, wobei elektrische Energie in Form einer Wechselspannung hoher Frequenz der Gleichspannung überlagert ist. Die Schalter 12 und 13 sind geschlossen, und es wird ein Bogen über den Raum zwischen der Stabkathode 1 und der Düse des ersten ringförmigen Körpers 3 erzeugt.

3. Der Schalter 12. wird geöffnet, wodurch der Bogenfußpunkt veranlaßt wird, von der Düse des ersten ringförmigen Körpers zu der Düse des zweiten ringförmigen Körpers überzugehen.

4-· Der Schalter 13 wird geöffnet, wodurch der Bogenfußpunkt veranlaßt wird, von der Düse des zweiten ringförmigen Körpers 6 auf das Werkstück 8 überzugehen.

5. Dem zweiten Kanal wird nun mit allmählich zunehmendem Durchsatz aktives Gas 7 zugeführt.

Während dieser Vorgänge wird der Wert des elektrischen Stromes und der Durchsatz des inaktiven Gases sorgfältig dahingehend kontrolliert, daß das Entstehen eines Doppelbogens vermieden wird.

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Aufgrund der vorliegenden Erfindung wird der Betrieb eines
solchen Brenners verbessert. Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, daß der Durchsatz des inaktiven Gases 4 oberhalb eines Mindestwertes liegt, welcher noch groß genug
ist, um ein Einströmen des aktiven Gases in den ersten Kanal zu verhindern, und daß der Durchsatz des-inaktiven Gases innerhalb eines Bereiches liegt, in welchem erstens das Wandpotential des zweiten ringförmigen Körpers 6 mit zunehmendem Durchsatz des inaktiven Gases abnimmt und in dem zweitens der Wärmeverlust an dem zweiten ringförmigen Körper mit zunehmendem Durchsatz des inaktiven Gases zunimmt.

In Fig. 2 ist ein elektrischer Schaltkreis dargestellt, durch den.die Einflußgrößen des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden. Ein Potentiometer 14 ist über ein Amperemeter 15 an den zweiten ringförmigen Körper 6 angeschlossen. Wenn das Amperemeter bei einer geeigneten Kontaktstellung Hull anzeigt, wird die Potentialdifferenz zwischen der Stabkathode und dem zweiten ringförmigen Körper durch ein Voltmeter 16 bestimmt. Dies ist das Wandpotential V (Volt) am zweiten ringförmigen Körper.

Über den Einlaß 17 wird dem zweiten ringförmigen Körper Kühlwasser mit einem Durchsatz der Größe L"(l/min) zugeführt, welches aus dem Auslaß 18 abgeführt wird. Die Wassertemperatur T₁ ( G) am Einlaß liegt fest und die Wassertemperatur T ( C) am Auslaß wird gemessen. Der Wärmeverlust W (Watt) am zweiten
ringförmigen Körper geht aus der folgenden Gleichung hervor:

^ (Watt) = ^{X 4}·^{2 X (T}2 "V
= L χ (T - T ) χ 70

Fig. 3 zeigt die Meßergebnisse des Durchsatzes l'_c (l/niin) des

(TO

inaktiven Gases im ersten Kanal in bezug auf das Wandpotential

ν und den Wärmeverlust W am zweiten ringförmigen Körper des OA

Brenners (der Durchmesser der Düsenöffnung 2 des ersten ringförmigen Körpers betrögt 3 mm und der Durchmesser der Düsen- öffnung 5 des zweiten ringförmigen Körpers 1,5 mm).

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Aus diesem Ergebnis geht hervor, daß, wenn der Durchsatz 1_&S des inaktiven Gases 4 abnimmt, das Wandpotential V~. (durchgezogene Linie) am zweiten ringförmigen Körper nach Passieren eines Minimums, welches durch einen Pfeil angedeutet ist, zunimmt. Im Gegensatz hierzu nimmt der Wärmeverlust W (gestrichelte Linie) stark ab, wenn der Durchsatz des inaktiven Gases unter einen Wert abfällt, an welchem das Wandpotential Y_Q . sein Minium hat. Aus dieser Änderung des Wandpotentials und des Wärmeverlustes am zweiten ringförmigen Körper läßt sich folgendes ableiten:

Wenn der Durchsatz I_n„ des inaktiven Gases oberhalb eines Wertes liegt, an welchem das Wandpotential sein Minimum hat, erstreckt sich der obere Teil der inaktives Gas enthaltenden Bogensäule von der Stabkathode zur Düsenöffnung 5 des zweiten ringförmigen Körpers und der übrige oder untere Teil der Bogensäule', die eine Mischung aus aktivem und inaktivem Gas enthält, erstreckt sich von der Düsenöffnung 5 des zweiten ringförmigen Körpers zum Werkstück 8. Wenn der Durchsatz 1_ρσ des inaktiven Gases unter den kritischen Viert abfällt, nimmt der obere Teil der Bogensäule ab und geht zurück von der Düsehöffnung 5 des zweiten ringförmigen Körpers und erlaubt dadurch dem unteren Teil der Bogensäule, die eine Mischung des inaktiven und des aktiven Gases enthält, sich" soweit zu verlängern, wie sich der obere Teil verkürzt.

ι t'

Wenn der Durchsatz 1~_ο des inaktiven Gases derart geregelt

GS

wird, daß der untere Teil der Mischung aus aktivem und inaktivem Gas veranlaßt wird, in dem länglichen Raum zwischen dem ersten und zweitem ringförmigen Körper zu verbleiben, wird der aktive Gasstrom, welcher den oberen Teil der Bogensäule umgibt und der bis auf den Zustand eines Plasmas aufgeheizt wird, vorteilhafterwei3e benutzt zum Schneiden eines Werkstückes aus weichem Stahl oder Aluminium. Das Plasmagas oxidiert den Schnitteil des Werkstückes gut. Dadurch wird das Metall völlig von dem Werkstück abgetragen, wobei nur wenig oder gar keine

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Schlacke an der Schnittkante übrigbleibt. Darüber hinaus ist es sehr vorteilhaft, daß sich die Schnittgeschwindigkeit erhöht. Bei der Mischung aus aktivem und inaktivem Gas, wie es bei dem Brenner gemäß der Erfindung verwendet wird, liegt das Verhältnis des Durchsatzes von inaktivem zu aktivem Gas in einem Bereich von 10 : 90 und 1 : 99· Aufgrund der Verwendung eines solchen hochkonzentrierten aktiven Gases wird·ein schlackeloses Schneiden bewerkstelligt.

Es ist sehr schwierig, das Wandpotential V_QA und den Wärmeverlust W bei dem möglichen Minimumwert des Durchsatzes des inaktiven Gases (an den linken Enden der durchgezogenen und gestrichelten Kurven-in Pig. 3) zu bestimmend Wenn der Durchsatz des inaktiven Gases 4 herabgesetzt wird, ändert sich das Wandpotential V_n. und der Wärmeverlust entsprechend den in Pig. 3 ,dargestellten Kurven. Wenn der Durchsatz des inaktiven Gases unter den kritischen Minimalwert abnimmt, wird das aktive Gas in den ersten ringförmigen Körper einströmen, so daß die Stabkathode einer starken Oxidation ausgesetzt.wird. Der minimale Durchsatz des inaktiven Gases 4,welcher noch ausreicht, um ein Einströmen des aktiven Gases in den ersten ringförmigen Körper zu verhindern, hängt vom Durchmesser der Düsenöffnung des ersten ringförmigen Körpers mehr ab als der Gasdruck oder der elektrische Stromwert im Brenner..Pig. 4 zeigt die Abhängigkeit zwischen dem minimalen Durchsatz (l/min) des Schutzgases und dem Durchmesser (cm) der Düsenöffnung des ersten ringförmigen Körpers. Erfindungsgemäß wird der Brenner bei einem Durchsatz an inaktivem Gas betrieben, der zweckmäßig aus einem Bereich ausgewählt wird, in welchem das Vorzeichen Von dV^./dl negativ und das Vorzeichen von dW/dl_PQ positiv bleibt.

In Pig. 5 ist mit A derjenige, zweckmäßige Bereich bezeichnet,, aus welchem der Bogenstrom bezüglich des· Durchmessers der Düsenöffnung 5 des zweiten ringförmigen Körpers ausgewählt werden soll, wenn der Bogenbrenner entsprechend dem Gedanken der Erfindung betrieben v/ird. (im übrigen zeigt A den Bereich., aus

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welchem der Bogenstrom in Abhängigkeit vom Durchmesser der Düse eines einzigen ringförmigen Körpers.eines Brenners ausgewählt werden soll, wenn·dieser in "bekannter Weise entsprechend dem "ersten Verfahren" betrieben wird.) B zeigt den Be- reich, aus dem der Bogenstrom in Verbindung mit dem Durchmesser der Düsenöffnung 2 des. ersten ringförmigen Körpers ausgewählt werden sol'l, wenn der Brenner erfindungsgemäß betrieben. wird.

Wenn eine Platte aus weichem Stahl mit einer Dicke von 10 mm mittels eines Bogenbrenners, der entsprechend der Erfindung betrieben wird, geschnitten wird, zeigen die Schnittenden ein gefälliges Aussehen ohne jede Schlacke. Dabei wurden folgende Größen gewählt:

Durchmesser der Düsenöffiiung des ersten ringförmigen Körpers 5 mm

Durchmesser der Düsenöffnung des zweiten ringförmigen Körpers . 1,5 nun

inaktives Gas im ersten

Gaskanal 0,2 l/min (Argon)

aktives Gas in dem zweiten

Gaskanal 28 l/min (Sauerstoff)

Bogenstrom 150. A

Bogenspannunf . 180 V

Schnittgeschwindigkeit 3,5 m/min

Der Bogenbrenner wurde über nehr als 100 Stunden betrieben, und es ergab sich, daß dieser in gutem Zustand war, ohne daß irgendwelche Reparaturen notwendig gewesen wären»

Wenn der Durchsatz des inaktiven Gases 4 bis auf 0,8 l/min erhöht wurde, ohne daß die anderen Faktoren verändert wurden, trat öfters ein Doppelbogen in der Düsenöffnung 5 des zweiten ringförmigen Körpers auf.

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Wie man aus dem Bereich A in Fig. 5 sehen kann, ist die Energie an der Düsenöffnung des zweiten ringförmigen Körpers konzen- . triert, wie dies der Fall wäre, wenn der Brenner entsprechend dem "ersten Verfahren" "betrieben würde.

Beim Betrieb eines doppelschaligen Bogenbrenners ist eine sorgfältige Kontrolle des Gaszuführsystems erforderlich. Das inaktive Gas wird bei einem geringen Durchsatz zugeführt, wobei der Druck des inaktiven' Gases an der Düse 2 des ersten ringförmigen Körpers etwa so gering ist wie 10 mm ELO. In diesem .Zusammenhang wird eine zeitverschwendende und mühsame Kontrolle bei der Zufuhr des aktiven Gases zu dem zweiten Kanal notwendig, weil sonst eine weitreichende Störung an der Düse 2 des ersten ringförmigen Körpers unvermeidbar sein würde.

Erfindungsgemäß ist deshalb ein Gaszufuhrsystem vorgesehen, das dem Brenner erlaubt, entsprechend dem Verfahren der Erfindung in relativ kurzer Zeit ohne Störung an der Düse 2 des ersten ringförmigen Körpers den.Betrieb aufzunehmen.

In Fig. 6 ist ein Gaszufuhrsystem zum Anschluß an den Brenner gemäß Fig._s 1 gezeigt. Die erste Gaszuführung 19 zum Anschluß

an den ersten Kanal des Brenners hat Elektromagnetventile 21 und 22 zur Regelung der Zufuhr eines Gases 20 aus'einer inaktiven Gasquelle, di· nicht näher dargestellt ist, und Nadelventile 23 und 24 zur Regelung des Durchsatzes des Gases 20. Die zweite Gaszuführung 25 zum Anschluß an den zweiten Kanal des Brenners hat ein Elektromagnetventil 27 und ein Nadelventil 28, die beide dazu dienen, die Zufuhr des Gases 26 von einer nicht näher dargestellten aktiven Gasquelle zu regeln,. und ein Elektromagnetventil 30 und ein Nadelventil 31, welche beide dazu dienen, die Zufuhr an Gas aus einer nicht näher dargestellten inaktiven Gasquelle zu regeln. Ein Abzweigkanal stromaufwärts des"Ventiles 27 hat ein Elektromagnetventil 32, welches dazu dient, aktives Gas aus dem zweiten Kanal des Brenners in die Atmosphäre entweichen zu lassen.

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Das Gaszufuhrsystem arbeitet folgendermaßen:

1. Die Elektromagnetventil 27 und 30 werden geschlossen, um das aktive Gas 26 und das inaktive Gas 29 zu stoppen, wohingegen die Elektromagnetventile 21 und 22 geöffnet werden,-uminaktives Gas 20 dem ersten Kanal des Brenners zuzuführen.

2. Die Schalter 12 und 13 werden geschlossen und die Quelle in Gang gesetzt, so daß eine Gleichspannung und eine Wechselspannung hoher Frequenz am Brenner anliegen. Auf diese Weise wird ein Bogen über dem Raum zwischen der Stabkathode 1 und der Düse 2 des ersten ringförmigen Körpers 3 erzeugt.

3. Der Schalter 12 wird geöffnet, so daß der Bogenfußpunkt von der Düse 2 zu der Düse 5 des zweiten ringförmigen Körpers 6 verschoben wird.

4. Das Elektromagnetventil 30 wird geöffnet, um inaktives Gas 29 dem zweiten Gaskanal des Brenners zuzuführen. Das Elektromagnetventil 22 wird geschlossen und das Nadelventil 23 wird geregelt, um den Durchsatz des inaktiven Gases in dem ersten Kanal auf ein Minimum zu reduzieren. Das Nadelventil wird so geregelt, daß der Druck des inaktiven Gases in den zweiten Kanal etwa dem Druck des aktiven Gases während"der Anlaufzeit des Brenners entspricht.

5. Der Schalter 13 wird geschlossen, um einen Bogen 9 zu erzeugen, der sich von der Stabkäthode 1 zum Werkstück 5 erstreckt. Zur selben Zeit wird das Elektromagnetventil 30 geschlossen. Die Elektromagnetventile 27 und 32 werden geöffnet, um"das inaktive Gas in den zweiten Kanal durch aktives Gas zu ersetzen. Schließlich wird das Elektromagnetventil 32 geschlossen. (Es sollte hinzugefügt werden, daß als vorhergehender "Verfahrensschritt das Nadelventil 28 so eingsstellt wird, daß das aktive Gas mit.einem Durchsatz wie im Betrieb einströmt.) _λ -

Bei dem Verfahrensschritt gemäß Ziffer 4 wird das inaktive Gas dem zweiten Kanal zugeführt. Bei dem Verfahrensschritt gemäß Ziffer 5 wird das inaktive Gas 29, nachden'ein Bogen über den

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Raum zwischen der Stabkathode oder dem Werkstück erzeugt ist, ersetzt durch,aktives Gas 28 des gleichen Drucks, so daß nur wenig oder gar keine Störung 'in dem zweiten ringförmigen Körper 6 auftritt und ein Einströmen -des aktiven Gases in den ersten Kanal während der Zeit des Ersatzes des inaktiven Gases für das aktive Gas verhindert wird.

Wenn ein aktives Gas mit erhöhtem Druck aus der aktiven Gasquelle dem zweiten Kanal des Brenners über die Ventile 27 und 28 zugeführt wird, arbeitet das Ventil 32 als ein Entlüftungsventil, welches somit verhindert, daß aktives Gas mit erhöhtem Druck direkt dsm zweiten Kanal des Brenners zugeführt wird.

Die Fig, 7Ca)₁ 7(h) und 7(c) zeigen verschiedene Abänderungen der zweiten Gaszuführung des Systems, Diese Abänderungen arbeiten in ähnlicher Weise wie die zweite Gaszuführung des Systems nach Fig. 6. Die Zuführung nach Fig. 7(a) hat ein einziges. Nadelventil 28', Die Zuführung gemäß Fig. 7(b) hat eine zvir Atmosphäre hin offene Abzweigung, die von dem Teil zwischen dem Elektromagnetventil 27 und dem Nadelventil 28 ausgeht, Diese Abzweigung hat ein Elektromagnetventil 32. Die Zuführung gemäß Fig. 7(c) hat ein einziges Nadelventil 28' und eine zur Atmosphäre hin offene Abzweigung, die von dem Teil zwischen dem Elektromagnetventil 27 und oinem Nadelventil 28? ausgeht, wobei die Abzweigung ein Elektromagnetventil 32 aufweist.

Fig. 8 zeigt eine Modifikation des Abgaszufuhrsystems,welches die Regelung des Durchsatzes des aktiven Gases 7 während der Betviebszeit erleichtert. Die zweite Zuführung dieser Ausführung unterscheidet sich von der Ausführung gemäß Fig. 6 dadurch, daß eine parallele Leitung mit. einem Elektromagnetventil 33 und einem Nadelventil 34 vorgesehen ist und daß das ,Elektromagnetventil 33 gleichzeitig mit dem Elektromagnetventil 20 der ersten Gaszuführung betätigt wird. Im Betrieb, wird das Elektromagnetventil.21 geöffnet und das Elektromagnetventil 22 geschlossen. Das Elektromagnetventil 27 wird

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geöffnet und die Elektromagnetventile 32 und 33 werden geschlossen. In der Hoffnung auf ein Anwachsen des Durchsatzes des aktiven Gases 26 während des Betriebes wird das Elektromagnetventil 33 geöffnet, so daß das aktive Gas in den zweiten Kanal einströmen kann. Das Elektromagnetventil 22 wird gleichzeitig mit der Betätigung des Elektromagnetventiis 33.geöffnet. Dadurch erhöht sich der Durchsatz des inaktiven Gases 4 im ersten Kanal des Brenners, was. verhindert, daß aktives Gas mit erhöhtem Durchsatz in den ersten Kanal des Brenners einströmt. Gleich wenn sich der Durchsatz des inaktiven Gases erhöht, wird das Elektromagnetventil 22 geschlossen. Die Erhöhung des Gasdruckes im ersten Kanal, der sich als Ergebnis des plötzlichen Anwachsens des Druckes des aktiven Gases im zweiten Kanal ergab, wird gedämpft durch das "plötzliche Anwachsen des Druckes des inaktiven Gases im ersten Kanal. Das Sc.iließen des Elektromagnetventiis 33 reicht aus, um den Durchsatz des aktiven Gases 7 zu reduzieren.

Aus diesem geht hervor, daß aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens ein aktives Gas hoher Konzentration wie beispielsweise Sauerstoff als arbeitendes Gas verwendet werden kann, ohne daß die Stabkathode des Brenners zerstört wird und die Lebensdauer der Stabkathode ist genauso lang, v/ie sie sein würde, wenn ein inaktives Gas als -arbeitendes Gas benützt würde. Dadurch werden die gesamten Arbeitskosten auf die Hälfte der Arbeitskosten reduziert, die bei dem bekannten •'ersten "Verfahren" anfallen. Außerdem ist als Vorteil hervorzuheben, daß eine scharfe jFokiisierung oder gute Konzentration der Energie erhalten wird.

Wenn bei diesem "ersten Verfahren" der Bogenstrom erhöht .wird, um eine Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit zu erreichen, wird die Stabkathode in kurzer Zeit erodiert und. beschädigt. Die Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit kann also die Erosion der Stabkathode nicht ausgleichen. Im Gegensatz hierzu wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung

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wenig Erosion und keine Deformation der Stabkathode festzustellen sein, wenn der Bogenstrom erhöht wird, und aus diesem Grunde können die Schnittkosten durch Erhöhung des Bogenstroias ■noch \veiter wesentlich reduziert werden.

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Claims

A η - s. ρ r ii c he

^/ Verfahren zum Betreiben eines Brenners mit" einer Stäbkathode und ersten und zweiten koaxialen ringförmigen Körpern, dadurch gekennzeichnet, daß ein inaktives G-as einem ersten Kanal zwischen der Stabkathode und-dem ersten ringförmigen Körper zugeführt wird, daß ein aktives G-as einem zweiten Kanal zwischen dem ersten ringförmigen Körper und dem zweiten ringförmigen Körper zugeführt wird und daß ein Bogen über den länglichen Raum von der Stabkathode zu einem Werkstück erzeugt wird, wobei der Durchsatz des inaktiven Gases oberhalb eines Mindestwertes liegt, um ein Einströmen des aktiven Gases in den ersten Kanal zu verhindern, und wobei der Durchsatz des inaktiven Gases in einem Bereich liegt, in welchem, sofern der Durchsatz des inaktiven Gases zunimmt, das Wandpotential an dem zweiten ringförmigen Körper abnimmt und der Wärmeverlust an..dem zweiten ringförmigen Körper zunimmt.· " ·
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Gas Luft oder Sauerstoff und das inaktive Gas ' Argon ist. -
3. Verfahren zum Betreiben eines Brenners mit einer Stab-

'kathode und ersten und zweiten ringförmigen Körpern, dadurch gekennzeichnet, daß ein inaktives Gas einem ersten Kanal zwischen der Stabkathode und dem ersten ringförmigen Körper zugeführt wird, daß ein inaktives Gas einem zweiten Kanal zwischen dem ersten ringförmigen Körper und dem zweiten ring- . förmigen Körper zugeführt wird, daß ein Bogen über den länglichen Raum-zwischen der Stabkathode und dem Werkstück er-

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zeugt wird und daß die Gaszufuhr in den zweiten Kanal von inaktivem Gas auf aktives Gas umgeschaltet wird, wobei der Durchsatz des inaktiven Gases oberhalb eines Mindestwertes liegt, um ein Einströmen des aktiven Gases in den ersten Kanal zu verhindern und gleichzeitig in einem Bereich liegt, in welchem, sofern der Durchsatz des inaktiven Gases zunimmt, das V/andpotential an dem zweiten ringförmigen Körper abnimmt und der Wämneverlust an dem zweiten ringförmigen Körper zunimmt .
4. Verfahren nach Anspruch 3₉ dadurch gekennzeichnet, daß das ■ aktive Gas Luft oder Sauerstoff und das inaktive Gas Argon ist.
5. Vorrichtung mit einem Brenner und einem Gaszufuhrsystem, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner eine Stabkathode (1), einen ersten ringförmigen Körper (3) mit einer Düsenöffnung (2), der die Stabkathode (1) umgibt und von dieser isoliert ist, und einen zweiten ringförmigen Körper (6) mit einer Düsenöffnung (5), der die Stabkathode (1) umgibt und von dieser isoliert ist, aufweist und daß das Gaszufuhrsystem eine.erste Gaszuführung (19) für die Zufuhr von Gas in den ersten Kanal zwischen der Stabkathode (1) und dem ersten ringförmigen Körper (3) aufweist., wobei diese erste Gaszuführung (19) nit einem ersten vjid einem zweiten Ventil (21, 22) versehen ist, daß das Gaszufuhrsysten weiterhin eine zweite Gaszuführung (25) für die Zufuhr von Gas in den zweiten Kanal zwischen dem ersten ringförmigen Körper (3) und dem zweiten ringförmigen Körper (6) aufweist, wobei diese zweite Gaszuführung (25) mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Ventil (30, 27, 32).versehen ist, daß das Gaszufuhrsystem weiterhin Mittel zur wechselweisen Betätigung der ersten und zweiten Ventile (30, 27) der zweiten Gaszuführung (25) und Mittel zur gleichzeitigen Betätigung des zweiten Ventils der ersten Gasauführung und des dritten Ventils der- zweiten Gaszuführung aufweist.

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