DE2505665A1

DE2505665A1 - Verfahren und vorrichtung zur vermeidung von umweltgefaehrdenden bestandteilen beim brennschneiden von werkstuecken mittels eines autogen- oder plasmabrenners

Info

Publication number: DE2505665A1
Application number: DE19752505665
Authority: DE
Inventors: Sigurd Dr Rasche
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1975-02-11
Filing date: 1975-02-11
Publication date: 1976-08-19

Description

Kenmort: Umweltschutz beim Plasmaschneiden Verfahren und Vorrichtung zur Vermeidung von umweltgefahrdenden Bestandteilen beim Brennschneiden von WerkstUcken mittels eines Autogen- oder Plasmabrenners Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermeidung von umweltgefährdenden Bestandteilen beim Brennschneiden von Werkstücken mittels eines Autogen-oder Plasmabrenners, welche insbesondere beim Plasmaschneiden unter Verwendung eines stickstoffhaltigen Plasmagases entstehen.
Es ist bekannt, daß beim Plasmaschneiden von Baustählen durch die Verwendung von Luft oder einem anderen stickstoffhaltigen Gasgemisch die Bartbildung (anhaftender Werkstoff im Bereich der Schnitt-Unterkante) wesentlich vermindert werden kann.
Von Nachteil sind Jedoch die dabei entstehenden Strahlungen, giftigen Gase (Stickoxyde etc.), der Rauch, der Staub, der Lärm und dergleichen -nachfolgend als umweltgerährdende Bestandteile bezeichnet.
Damit die Umwelt -Bedienungsperson der Schneidanlage, andere Personen im Arbeitsbereich, Maschinen, Werkshalle und dergleichen -vor diesen Bestandteilen hinreichend geschUtzt ist, werden zur Zeit kostspielige Absauganlagen zur Beseitigung von Staub, Rauch und Gasen eingesetzt. Dabei verlangt der Umweltschutz ~ zusätzlich eine Filtration der Abgase. Gegen den auftretenden Lärm von ueber 90 dB (A) können sich personen. nur mittelbar durch Gehörschutzkapseln schlitzen. Auch gegen die Strahlung (insbesondere W -Strahlung) ist nur ein mittelbarer Schutz nlöglich und zwar durch die Veniendung von Schutzbrillen, Schutzschildern oder Vorhängen. Eine vollständige Beseitigung der umweltgefährdenden Bestandteile ist bisher nicht möglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile nicht aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zum Schneiden das Werkstück und der Plasmabrenner in ein Flüssigkeitsbad, vorzugsweise ein Wasserbad derart eingetaucht werden, daß der Schneidprozeß im geringen Abstand unterhalb des Flüssigspiegels ausgefUhrt wird. Dabei ist ein Abstand zwischen Flüssigkeitsspiegel und Oberkante Werkstück im Bereich zwischen 2 und 30, vorzugsweise zwischen 5 und 15 cm besonders günstig.
Durch die Erfindung wird das Austreten von giftigen Gasen, schädlicher Rauche und Stäube in die Atmosphäre rund um die Schneidanlage vollständig ausgeschaltet. Auch wird vorteilhaft Jegliche Belästigung durch Lärm und Strahlung verhindert, da die Flüssigkeit nicht nur die Verunreinigungen aufnimmt, sondern gleichzeitig derart Lärm und Strahlung absorbiert, daß Schallpegel im Bereich von unter 70 d B (A) erreichbar sind.
Darüberhinaus wird durch die Flüssigkeit, welche vorzugsweise Wasser ist, ein Verzug der Bleche zuverlässig unterbunden.
Besonders vorteilhafte Ergebnisse in Bezug auf die Vermeidung der umweltgefährdenden Bestandteile werden mit einem flüssig:-keitsstabilisierten, übertragenem Plasmaschneidstrahl erreicht.
Bei einem derartigen Plasmaschneidstrahl ist ein Plasmaschneid gasstrahl von einem FlUs#igI'eitsmantel, welcher vorzugsweise rotiert, uneben. Die Stabilisierungsflüssigkeit ist dabei bevorzugt l.asser. Die elektrische Energie zum Aufrechterhalten dieses Plasmabogens wird zwischen einer Brennerelektrode und dem Werkstück zugeführt, der Plasma bogen wird also vom Brenner auf das Werkstück übertragen.
Ein besonders einfaches Zünden und Aufrechterhalten des Plasmaschneidstrahles (Plasmabogen) wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß mindestens die Plasmaschneidstrahlaustrittsöffnung des Brenners in das Flüssigkeitsbad eingetaucht, anschließend die Plasmaschneidgaszufuhr eingeschaltet und nach der Verdrängung der Flüssigkeit aus dem Schneidbereich der Plasmaschneidstrahl mittels Hochfrequenz gezündet wird.
Vor der Plasmaschneidstrahlzündung wird die Stabilisierungsflüssigkeit fUr den Schneidstrahl dem Brenner zugeführt.
Zur Vermeidung der Oxydation der Werkstücke und/oder des Brenners ist es vorteilhaft, wenn dem Flüssigkeitsbad und gegebenenfalls der Stabilisierungsflüssigkeit ein entsprechender Zusatz, vorzugsweise ein Primer beigegeben wird.
In Bezug auf den Arbeitsablauf ist es günstig, wenn die Positionierung von Werkstück und Brenner oberhalb des Flüssigkeitsspiegels vorgenommen wird. In Weiterbildung der Erfindung wird hierzu vorgeschlagen, daß zum Schneiden die Lage zwischen Flussigkeitsspiegel, Werkstück und Plasmabrenner verändert wird.
Dies wird beispielsweise dadurch erreicht; daß die Werkstückauflage mit dem Werkstück vor Beginn des Schneidvorganges n ein Wasserbecken mechanisch oder hydraulisch abgesenkt wird.
Bevorzugt wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß der Flüssigkeitsspiegel durch unterhalb des Spiegels, beispielsweise im Flüssigkeitsbecken, angeordnete Dehnungsbehälter verändert wird. Dadurch wird es vorteilhaft möglich zuerst Werkstück und Brenner exakt zueinander zu Positionieren und danach, und zwar ohne eine weitere Vernderung der eingestellten Position, durch Anheben des Flüssigkeitsspiegels ein Eintauchen von Werkstück und Brenner unterhalb des Flüssigkeitsspiegels zu erreichen. Dazu können die Dehnungsbehälter beispielsweise mit Luft aufgeblasen werden. Zum Absenken des Flüssigkeitsspiegels ist lediglich ein Abblasen der Luft erforderlich, welches dann wieder eine volumenrnäßige Verkleinerung des Dehnungsbehälters bedingt.
Zur Erreichung eines konstanten Abstandes zwischen der Brennerspitze und dem Werkstück wird vorgeschlagen, daß der Plasmabrenner mittels einer kapazitiven Höhenverstellvorrichtung, deren Fühler während dem Schneiden ebenfalls unterhalb des Flüssigkeitsspiegels bewegt wird, in einem vorgegebenen Abstand zum Werkstück gehalten wird.
x Durch das Eintauchen werden gleichbleibende Abtastverhältnisse erreicht, was im Hinblick auf die Steuerungsgenauigkeit von Vorteil ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Äusführungsbeispieles unter Hinweis auf weitere vorteilhafte Merkmale näher erläutert.
Es veranschaulicht: Fig. 1 eine Brennschneideinrichtung in Gesamtansicht Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Duröhführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die in Fig. 1 mit -lO bezeichnete Brennsohneidmaschine weist einen Längswagen 11 mit einem Auslegerarm 11' auf.
Der Längswagen 11 ist auf zwei Längsbahnen 12, 13 verfahrbar (Motor 14) angeordnet.
x des Fühlers Zwischen den Tängsbahnen 12, 13 ist auf einem Flüssigkeitstisch 15- das zu schneidende Blech 16. Dabei ist der Tisch 15 als geschlossener Kasten ausgebildet, der vorzugsweise mit Wasser angefüllt ist und der als Halteelemente für das Blech 16 ein Auflagegitter 17 mit zugeordneten Kegelhalteelementen 18 aufweist. Dabei sind in Fig. 1 lediglich#aus Darstellungsgründen die Kastenwände 151 nur bis unterhalb des Bleches 16 gezeichnet.
In der Praxis überragen die Wände 15' selbstverständlich das Blech 16.
Auf einem unterhalb des Auslegerarms 11' angeordneten verfahrbaren Schablonentisch 19 liegt die abzutastende Zeichnungsvorlage.
An dem Längswagen ll ist ein Querwagen 20 vorgesehen, der einen Antrieb 21 aufweist, für die Querbewegungen des-Wagens 20 mit einer elektrischen Kopiersteuerungsvorrichtung 22, sowie der am Längswagen 11 verschiebbar befestigten Brennerwagen 2D bis 26.
Die Brennerwagen 23 bis 26 sind über eine Schubstange 27 mit dem Querwagen 20 und somit mit der Kopiersteuerungsvorrichtung 22 mechanisch gekoppelt.
Jeder der Brennerwagen 23 bis 26 weist einen Schneidbrenner 28, beim Ausführungsbeispiel einen flüssigkeitsstabilisierten Plasmabrenner, sowie eine kapazitive Höhensteuerung 29, mit einer Abtastelektrode 30 auf.
Die Anordnung von Brenner 28, Höhensteuerung 29, Blech 16 und Kasten 15 sind in Fig. 2 näher veranschaulicht.
Wie Fig. 2 zeigt, weist der Plasmabrenner 28 eine Elektrode 31 auf, die über ein Zentrierstück 32 in einem Brennerkörper 33 gehalten ist. Im Brennerkörper 33 sind Flüssigkeitskanäle 34 vorgesehen, deren Austritt 38 gegen den Plasmastrahl 36 gerichtet ist und zwar innerhalb der Einsohnürdüse 39, so daß durch diesen Flüssigkeitsmantel 4o (z.B. Wassermantel) der Plasmastrahl 36 gebündelt wird. Derartige Plasmabrenner sind beispielsweise aus dem US-Patent 3 641 308 bekannt. Die Plasmastronìquelle ist mit 41 bezeichnet.
Ferner sind in Fig. 2 die Halteelemente mit 17, 18 sowie die Flüssigkeit (Wasser) mit 42 gekennzeichnet. Die Plasmagaszufuhr ist mit 55 und die Schneidrichtung mit 56 bezeichnet.
Gemäß Fig. 1 und 2 wird der Abstand des Brenners 28 zu dem Werkstück 16 durch einen schelnatisch dargestellten Motor 43 eingestellt. Zur Ermittlung des Abstandes und zur Beaufschlagung eines Reglers 44 mit Meßsignalen ist neben dem Brenner 28 eine Abtastelektrode 30 mittels eines Isolierstücks 46 befestigt.
Ersichtlicherweise verändert sich der Kapazitätswert zwischen dem metallischen Werkstück 16 und der Elektrode 30 in Abhängigkeit vom Abstand zwischen Werkstück 16 und Elektrode 30. Der Kapazitätswert wird im Regler 45 mit einem Sollwert verglichen und in Abhängigkeit vom Ergebnis des Soll - Istvergleichs der Motor 43 angesteuert. In der Elektrode 30 können Bohrungen 47 und 48 vorgesehen werden, die untereinander verbunden sind und über einen Zufuhrschlauch 49 an eine nicht dargestellte Druckgasquelle, vorzugsweise Druckluftquelle angeschlossen werden können.
Ersichtlicherweise gewährleistet eine Anordnung von derartigen Druckgasdüsen ein Preihalten des unter der Elektrode 30 liegenden Raumes 50 von Flüssigkeit (Wasser). Dies ist dann von Vorteil, wenn zu erwarten ist, daß sich während des Schneidens die Dielektrizitätskonstante verändert.
Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, ist die Austrittsöffnung 39 des Brenners 28, das Werkstück 16 und die Abtastelektrode 30 während dem Schneiden unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 37 vorgesehen. Beim Ausführungabeispiel wird dies in einfacher Art und Weise dadurch erreicht, daß die in Fig. 1 dargestellten und im Flüssigkeitstisch 15 vorgesehenen flexiblen Dehnungsbehälter nach dem Positionieren der Brenner über dem Werk-Stück, beispielsweise mit Preßluft aufgeblasen werden, sodaß der Schneidprozeß in geringem Abstand unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 37 ausgeführt wird.

von In der nachfolgenden Tabelle sind Parameter mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführten Plasmaschnitten aufgeführt; wobei der Schneidprozeß mit einem nach dem US-PS 3 641 308 aufgebauten Plasmabrenner im Bereich von 5 bis 15 cm unterhalb des Flüssigkeitsspiegels vorgenommen worden ist:

Blechdicke (mm) bis 80 10 20 40

Werkstoff CrNi C-Stahl C-Stahl CrNi

(Baustahl)

elektrische Schneid-

leistung (KW) 50-150 60 82 90

Schneidstrom (A) 300-800 360 45o 450

Stabilisierungs-

flussigkeits (Wasser)-

Menge (1/min) 1 - 2 1,6 1,6 1,8

Druck (bar) 15 15 15 15

Plasmaschneidgas

(Stickstoff)

Menge (1/min) 50-80 60 60 65

Druck (bar) 12 12 12 - 12

Schneidgeschwindig-

keit

(mm/min) 00-3000 2500 1600 600

Beim obigen Ausführungsbeispiel umfaßt die Brennschneideinrichtung eine fotoelektrtsch gesteuerte Brennschneidmaschi-ne mit Plåsmabrennern. Die Erfindung ist Jedoch selbstverständlich auch bei numerisch gesteuerten Brennschneidlnaschinen, sowie bei Brennschneidmaschinen beliebiger Bauart mit Autogenbrennern einsetzbar.

Claims

A n s p r ü c h e

1. Verfahren zur Vermeidung von umweltgefährdenden Bestandteilen beim Brennschneiden von, Werkstücken mittels eines Autogen oder Plasmabrenners, welche insbesondere beim Plasmaschneiden unter Verwendung eines stickstoffhaltigen Plasinagases entstehen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schneiden das Werkstück und der Plasmabrenner in ein Flüssigkeitsbad, vorzugsweise ein Wasserbad derart eingetaucht werden, -daß der Schneidprozeß in-geringem Abstand unterhalb des Flüssigkeitsspiegels ausgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schneidbrenner ein Plasmabrenner mit einem flüssigkeitsstabilisierten3 übertragenem Plasmaschneidstrahl verwendet wird.

3, Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Plasmaschneidstrahles mindestens die Plasmasclineidstrahlaustrittsöffnung des Brenners in das Flüsslgkeitsbad eingetaucht, anschließend die Plasmaschneidgaszufuhr eingeschaltet und nach der Verdrängung der Flüssigkeit aus dem Schneidbereich der Plasmaschneidstrahl mittels Hochfrequenz gezündet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor: der Plasmaschneidstrahlztlndung die Stabilisierungsflirssigkelt. für den Schneidstrahl dem Brenner zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Flüssigkeitsbad und gegebenenfalls der Stabilisierungsflüssigkeit ein Zusatz zur Vermeidung der Oxydation der Werkstückeund/ader des Brenners beigegeben wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schneiden die Lage zwischen Flüssigkeitsspiegel, Werkstück und Plasmabrenner verändert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsspiegel durch unterhalb des Spiegels angeordnete flexible Dehnungsbehälter verändert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmabrenner mittels einer kapazitiven Höhenverstellvorrichtung, deren Fühler ebenfalls unterhalb des Flüssigkeitsspiegels bewegt wird, in vorgegebenem Abstand zum Werkstück gehalten wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen an sich bekannten, vorzugsweise flüssigkeitsstabilisierten Plasmabrenner (28) sowie einen zur Unterstützung eines Werkstückes (16) dienenden Flüssigkeitstisch (15) und ferner dadurch, daß die Austrittsöffnung (39) des Brenners (28) und das Werkstück (16) während dem Schneiden unterhalb des Flüssigkeitsspiegels (37) vorgesehen sind.

10) Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Flüssigkeitstisch (15) flexible Dehnungsbehälter (61) vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmabrenner (28) mit einer kapazitiven Höhensteuerung (29) in Verbindung steht, deren Abtastelektrode (31) ebenfalls unterhalb des FlUssigkeitsspiegels (37) angeordnet ist.

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