DE2746241A1

DE2746241A1 - Vorrichtung zum lichtbogenschneiden

Info

Publication number: DE2746241A1
Application number: DE19772746241
Authority: DE
Inventors: Walter Dr Wetzels
Original assignee: Schumag AG
Current assignee: Schumag AG
Priority date: 1977-10-14
Filing date: 1977-10-14
Publication date: 1979-04-19
Also published as: DE2746241C3; US4243862A; GB2006080B; IT7851001A0; DE2746241B2; ES473658A1; GB2006080A; FR2405780A1; BR7806795A; SE7810560L; JPS5474254A; IT1105798B

Description

SCHUMAG GmbH, 5100 Äachon Vorrichtung zum Lichtbogenschneiden

Die lürfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lichtbogenschneiden ait einer umlaufenden Elektrode mit intermittierendem Lichtbogen und mit mechanischer Abtragung des aus der Schnittfuge zu entfernenden Materials.

Durch die CH-PS 113 954 ist eine mit hoher Geschwindigkeit umlaufende, endlose Scheibenelektrode bekannt geworden, deren Umfang gesahnt ist und kontinuierlich gegen das Werkstück geführt wird. Dabei wird ein elektrischer Lichtbogen auf das su schneidende Netall fortschreitend zur Einwirkung gebracht. Zur Verstärkung des Lichtbogens hat die Scheibe an einer Stelle eine Stufe. Diese bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß es weitgehend zu Kurzschlüssen zwischen der Elektrode und dem Werk-

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stück kommt und so die Wirksamkeit des Lichtbogens und der Wirkungsgrad der ganzen Vorrichtung gemindert werden.

Durch die OS 24 12 203 ist bekannt geworden, zur Vermeidung der Kursschlüsse eine gesteuerte periodische Spannungsabschaltung im Takte mit der materialabtragenden Berührung zwischen Elektrode und Werkstück vorzunehmen. Der Nachteil dieser Maßnahme ist dadurch gegeben, daß os zumindest bei längerem Betriebe sich als unmöglich herausgestellt hat, die periodische Spannungsabschaltung genügend genau mit dem Takte der Berührung zu synchronisieren. Somit ergeben sich bei dieser Vorrichtung wiederum Kurzschlüsse zwischen der Elektrode ^/ und dem Werkstück, die die Wirksamkeit des Lichtbogens und den Wirkungsgrad der Vorrichtung vermindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene Vorrichtung zum Lichtbogenschneiden so auszubilden, daß der Lichtbogen in den vorgesehenen Brennzeiten voll zur Wirkung kommt und daß die mechanische Abtragung des aus der Schnittfuge zu entfernenden Materials ohne Kurzschlüsse erfolgt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Vorrichtung erfindungsgeoäB gekennzeichnet durch eine umlaufende schmale Scheibe, die über einen Teil ihres Uafangerandes spannungführend für den Lichtbogen und über einen anderen Teil nicht spannungführend für das Abtragen ist.

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Mit der erfindun£sgeiD.!39n Verrichtung wird lit verstehende Aufgabe vollständig gelöst. Men fcönötigt keine zusätzliche, aufwendige Steuereinrichtung zum Synchronisieren der Lichtbogenbrennzeiten. Kurzschlüsse werden zuverlässig vermieden, und die Abtragung des aus der Schnittfuge zu entfernenden Materials kann sehr wirksan erfolgen. Es können dabei mit Vorteil der spannungführend· Teil und der nicht spannungführende Teil jeweils eine unterschiedliche Spezialausbildung erhalten genäS Ihrer unterschiedlichen Funktion.

Vorteilhafte AusfUhrungsarten und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 20 beschrieben.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die nachstehende Beschreibung bezieht sich auf diese Beispiele bzw. auf die Zeichnung. Sie beinhaltet aber zugleich eine weitere allgemeine Beschreibung der Erfindung. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Vorderansicht τοη einer Art der erfindungegeaäßen Vorrichtung mit Schnitt gemäß der Schnittlinie I-I in Fig. 2,

Fig. 2 ein· Seitenansicht τοη der Darstellung geaäß Fig. 1,

Fig. 3 In größere· Maßstäbe einen Teilschnitt geaäß der Schnittlinie IXI-III in Fig. 1,

Pig. 4 Ib Maßstäbe der Fig. 3 einen Teilsohnitt ge-BaB der Schnittlinie IT-IV in Flg. 1,

Pig. 5 la Maßstäbe der Fig. 3 und 4 einen Teilschnitt geoäß Fig. 3 Ton einer etwas anderen Ausführungeart,

Fig. 6 eine Torderansicht geaäfl Flg. 1 τοη einer etwas anderen AusfUhrungsart,

Fig· 7 und 8 in größere» Maßstäbe Teilauschnltte sur Barstellung des Lichtbogensündens durch eine gesteuerte Hochspannungszöndfunkeneinrichtung,

Fig. 9 in perspektiTischer Darstellung la MaSstabe der Fig. 1, 2 und.. 6 Schaltungseinzelheiten der Hochspannungqifünicenelnrichtung geaäS Fig. 7 und

Fig. 10 in perspektiTischer Darstellung geaifi Fig. 9 Schaltungseinzelheiten der Hochepannungaitindfunkeneinrichtung geaafi Fig. 8.

Zum Folgenden siehe die Fig. 1, 9 und 10« Das zu schneidende Werkstück 1 und die Schneidscheibe 2 sind über die Leitungen 3 und 4 alt einer Sohvelfispannungsquelle 5 verbunden. Die Sehvelflspannungsquelle 5 ist vorzugsweise eine Gleichspannungsquelle τοη etwa 2 bis 10 ToIt. Grundsätzlich kann much lit einer Wechselspennungequelle entsprechender Toltzahl gearbeitet werden. Zweckmäßig 1st die Spannung dieser Spannungsquelle «ögliohst steif.

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01· Schneidscheibe 2 hat einen Teil, dessen uafangsrand 6 spannungfUhr«nd ist für dan Li oh t bog« gegenüber don Wtrkitück 1, und einen Τ·11, dessen Uafangtrand 7 nicht apannungführend iat tür Abtragung dt· jeweils au· dtr Schnittfugt la Werkstttok 1 iu entftrntndtn Material··

BtI dtr Autführungeart geaäfi Pig· 1 bilden dit Bandtail· 6 und 7 Jt für eich tintn luaaeatnhlngtnden Abschnitt. Bti der Autführungeart gtaäB Fig. 6 bestehen dl· Bandttilt 6' und V der Schtibt 2* jtwtilt aus Ttilabtchnitttn, dl· tinandtr abwechseln· Die Scheibe 2^f gea&fi Flg. 6 1st für tint geringere Drthaahl Torgetthtn al· dl· Schtibt 2 geaäB Fig. 1.

Die Sohtibtn 2 bsw. 2* gtaäB dtn Fig. 1 bsv. 6 eögtn jtwtilt gtaäB dta Pftil 8 ualauftn. Di· Drtheahl iat iwtckaäßig Ttrhältniaaäflig hoch. Si· kann 30 Uadrthungtn pro Stkundt und darüber stin. Dtr Schtibtndurchatettr ist »wtoloiißig «tva 300 aa. Sin Tort«ilhafttt Scheibenaattrlal ist iWtckaiBig hoohftettr, wämtbtttindigtr Stahl·

Bti dar Drehung der Sohntidsohtibt 2 bsv. 2* koset Jtvaila dl· Kontaktna·· 9 biv· 9* kuristitig in Berührung ■it dta Werkstück 1. Bei der Weiterdrthung entsteht ein Abrtiffunken, der den Lichtbogen sündtt, welcher sich awlsehen dta Verkstfiek 1 und de« Teil des Abschnittes bsw· 6' ausbildet, welcher jeweils de·) Werkstück gegen-

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ttberiteht· Trott der Drehung der Sohneidachelbe bleibt der Lichtbogen in der Zone der Werkstückerstreckung itehen, und der Abeohnltt 6 bsv. 6* dreht sich darunter weg. Ia Punkt 10 bzw, 10' ist der tpannungführende Abschnitt 6 bsv· 6' KU Snde_v und der Lichtbogen reißt ab.

Der nloht spannungführend· Abschnitt 7 dev. 7' ist tob spannungfahrenden Abschnitt 6 bsv· 6' durch die Isolierung 11 bsw· 11* isoliert. Der Abschnitt 7 bzw. 7' kann dabei ebenso wie der Abschnitt 6 baw. 6* aus Metall bestehen· Davit der Lichtbogen la Punkte 10 bzw. 10* zuverlässig abreist und nicht über das Werkstück 1 auf den Abschnitt 7 bsv. 7' übertritt, ist der für das Abreißen des Lichtbogens ausreichende Spalt 12 bav. 12* vorgesehen.

Zua Folgenden vergleich· auch die Fig. 3. 4 und 5. Der Sohelbenradlus ist la Abschnitt 6 ua die gewünschte Lichtbogenaiä§· kleiner als la Abschnitt 7. Auch ist der Band der Scheibe 2 jeweils la Abschnitt 6 nicht so breit vie la Abschnitt 7· Auf diese Weise kann der Lichtbogen la Abschnitt 6 sich auch über eine gevisse radiale Krstreckung ausbilden. Diese radiale Srstreokung kann gevihlt werden alt Bückeicht auf abglichst gute Brenneigensohaften des Lichtbogens. Ia A' schnitt 7 ist dagegen •ine Breit· vorgesehen ger*JJ d Breite der Zon· d«s ablutragenden aufgehellten Materials· Auch der Radius la Abschnitt 7 hat ein· entsprechend· Groß·.

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Der Scheibenabschnitt 6, 6' und 7» 7* hat gemäß den Fig. 3, 4 und 5 zweckmäßig Dreiecksprofil, ua eine Beglichst große Wärmeableitung zu geben· Andere Ausführungen, z.B. als Balbkreis oder als Flachende, sind ■öglich.

Auch kann es zweckaäßig sein, die Scheibe 7, 7* alt einer Sägevertahnung zur Verbesserung der Abtragswirkung zu versehen«

Der Vorschub bein Schneiden kann durch eine Bewegung des Werkstückes 1 bewirkt werden oder aber einfacher durch Schwenken des Schwenkanes 14 in Richtung des Pfeiles 13· Dabei kann zur Konstanthaltung des Lichtbogens der Scheibenradius la Abschnitt 6 in der Umlaufrichtung ua das NaB des Vorschubes abnehmen. Ferner kann der Scheibenradius jeweils la Bereich des Abschnittes 7 in der Ualaufrlchtung entsprechend der Menge des in diesen Abschnitt abzutragenden Materials zunehaen·

Daait der Lichtbogen la Abschnitt 6 sich nur auf die vorgesehenen Bandteile erstreckt, sind ia übrigen die Seiten der Scheibe unter dea Abschnitt 6 bzw· 6* lichtbogenhindernd ausgebildet. Gemäß der Fig· 5 sind die Seiten der Scheibe durch die Isolation 15 isoliert. Die Isolierung 15 kann aus anorganische» Material (a.B. Keraaik oder Glas) bestehen. Es kann aber auch organisches Material (z.B. warafester Kunststoff) verwendet werden· Sine

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andere Auaführungaart ist in den Fig. 1_t 3 und 6 dargestellt. Bei dieser Ausführungsart ist im Abschnitt 6 bzw. 6* die Scheibe 2 speichenartig Bit Unterbrechungen ausgebildet. Die Speichen 16 bzw. 16* können aus Metall sein, und ihre lichtbogenhindernde Wirkung besteht darin, daß ein auf ihnen entlang au kriechen beginnender Lichtbogen oder Teillichtbogen infolge der Drehung der Scheibe 2 rasch so langgesogen wird, daß er abreißt. Auf diese Weise wird der Lichtbogen la Speichenteil in Entstehen bereits wieder gelöscht. Der eigentliche, de« Schneiden dienende Lichtbogen wird hierdurch nicht beeinflußt. Die SpeichenausfUhrtmg hat den Vorteil, daß sie eine einfache und widerstandsfähige Konstruktion darstellt. Ia Übrigen ist es rorteilhaft, daß der Bead der Scheibe jeweils ia Bereich des Abschnittes 6 biw. 6' aindestens so breit ist wie der übrige Teil der Scheibe, siehe hierzu auch Fig. 3 und 5.

Zum Folgenden siehe auch Fig. 7, 8, 9, 10. An Stelle der Kontaktnase 9 bzw. 9' zum Zünden des Lichtbogens kann aan sweckaäßig eine gesteuerte Hochspannungssündfunkeneinrichtung vorsehen. Dabei wird über die Sehneidepannung des Schweißgenerators kurzzeitig eine gesteuerte Hochspannung überlagert, die einen Zündfunken τοη der Scheibe 2 bsw. 2* zum Werkstück 1 überspringen läßt.

Fig. 9 wird die Hochspannungsquelle 17 jeweils durch den Schaltnocken 21 geschaltet und läßt einen Funken auf den Scheibenteil 7 überspringen, wodurch die

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Hochspazmung mm Teil 22 geleitet wird und auf das Werkstück 1 einen Zündfunken überspringen läßt, siehe auch Fig. 7.

6«iä0 Fig. 10 arbeitet eine WechselSpannungsquelle 18 (die die let«spannung sein kann) über einen Hochspannungstransforeator und Gleichrichter auf den Ladekondensator 19· Durch den Schaltnocken 21 wird ein Schalter 20 betätigt, der eine oszillierende Entladung bewirkt, die sich als Hochspannungsschwingung über die Spannung der SchwelSspannungsquelle 5 überlagert und so auf den Scheibenabschnitt 6 gelangt. Der zum Werkstück überspringende Funke 23 zündet den Lichtbogen, siehe auch Fig. 8·

Durch die Bit der Scheibe 2 !»laufende Schaltnocke 21 kann sowohl bei der Ausführungsart geaäß Fig. 9 wie bei der Ausführungeart geaäß Fig. 10 der Zündaugenblick sehr genau festgelegt sein, ohne daß es hierau uaständlicher Steuerungen bedarf.

Die Fig. 1, 6, 9 und 10 lassen erkennen, daß jeweils der nicht spannungführende Teil 7, 7* am üsfang der Scheibe 2 eine kleinere Iretreckung hat als der spanmingführende Teil 6, 6*. Auf diese Welse ist die Einwirkungsieit des Lichtbogens verlängert. Man kann so ein hanonlsches Verhältnis herstellen zwischen der Wirkung des Lichtbogens und der abtragenden Wirkung ie Abschnitt 7·

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Alle Merkeale, die in der vorstehenden Beschreibung erwähnt und/oder in der Zeichnung dargestellt sind, sollen, sofern der bekannte Stand der Technik dies zuläßt, für sich allein oder in beliebigen Kombinationen oder Teilkombinationen als erfindungsvesentlich angesehen werden, und es wird für sie Schutz begehrt, auch wenn sie in den Ansprüchen nicht enthalten sind·

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-/fr-Lee r s e i t e

Claims

13.10.1977

clt

Pr.-Ιηπ. i-irinri-rh ^hdler Mein Zeichen: P 11 928

Pat ntanspriiche

1) Vorrichtung zum Lichtbogenschneiden mit einer umlaufenden Elektrode mit intermittierendem Lichtbogen und mit mechanischer Abtragung des aus der Schnittfuge zu entfernenden Materials, gekennzeichnet durch eine unlaufende schmale Scheibe (2), die über einen Teil ihres Umfangsrandes (6) spannungführend für den Lichtbogen und über einen anderen Teil (7) nicht spannungführend für das Abtragen ist.

2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spannungführende Teil (6) und der nicht spannungführende Teil (7) je für sich einen zusammenhängenden Abschnitt bilden.

3) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spannungführende Teil (6*) und der nicht spannungfUhrende Teil (7¹) jeweils aus Teilabschnitten bestehen, die einander abwechseln.

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4) Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2 oder 3_t dadurch gekennzeichnet, daß jeweils an der ablaufenden Kante (10, 10*) eines spannungführenden Abschnittes (6, 6') gegenüber der auflaufenden Kante des folgenden nicht spannungführenden Abschnittes (7, 7') ein für das Abreißen des Lichtbogens ausreichender Spalt (12, 12') vorgesehen ist.

5) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheibenradius jeweils la Bereich eines spannungführenden Abschnittes (6, 6') un die gewünschte Lichtbogenlänge kleiner ist als im Bereich eines nicht spannungführenden Abschnittes (7» 7').

6) Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheibenradius jeweils in Bereich eines spannungführenden Abschnittes (6, 6') in der umlaufrichtung (8) um das Maß des entsprechenden Vorschubes (13) abnimmt.

7) Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheibenradius jeweils im Bereich ein·· nicht spannungführenden Abschnittes (7, 7*) in der Umlaufrichtung (8) entsprechend der Mtnge des in diesem Abschnitt abzutragenden Materials zunimmt.

8) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der Scheibe jeweils la Bereich «ines nicht spannungführenden Abschnitt·· (7, 7')

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breiter ist als in Bereich eines spannungführenden Abschnittes (6, 6') (siehe Fig. 4 und 3).

9) Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekermaeichnet, daß der Rand der Scheibe jeweils in Bereich eines nicht spannungführenden Abschnittes (7» 7') so breit vie die Zone des abzutragenden, aufgeheizten Materials ist (siehe Fig. 4).

10) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der spannungführende Teil im Bereich eines spannungführenden Abschnittes (6, 6') eine für den Lichtbogen ausreichende radiale Eratreckung hat (siehe Fig. 3 und 5).

11) Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß ia übrigen die Seiten der Scheibe lichtbogenhindernd (15; 16, 16') ausgebildet sind.

12) Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiten der Scheibe isoliert (15) sind.

13) Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (15) aus anorganischen Material (z.B. Keraaik oder Glas) besteht.

14) Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (15) aus organische! Material (z.B. warnfestern Kunststoff) besteht.

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15) Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiten der Scheibe speichenartig (16, 16*) oit Unterbrechungen ausgebildet sind.

16) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 8 und 11 bin 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der Scheibe jeweils im Bereich eines spannungführenden Abschnittes (6, 6') mindestens so breit ist wie der übrige Teil der Scheibe (siehe Fig. 3 und 5).

17) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß jeweils an der auflaufenden Kante eines spannungführenden Abschnittes (6, 6*) Mittel zum Zünden des Lichtbogens vorgesehen sind.

18) Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine jeweils einen Abreißfunken erzeugende, radial vorspringende Kontaktnase (9, 9*) an der auflaufenden Kante.

19) Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine gesteuerte Hochspannungszündfunkeneinrichtung (Fig. 9 und 10).

20) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der nicht epannungführende Teil (7· 7') an Umfang der Scheibe (2) eine kleinere Erstreckung hat als der spannungführende Teil (6, 6').

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