DE2819810A1 - Verfahren und vorrichtung zum lichtbogenschneiden von metallenen gegenstaenden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schneiden stärkerer Metallschichten und eine dafür geeignete Vorrichtung.

Das Sägen von großen, aus Metall bestehenden Teilen oder Werkstücken, beispielsweise von Barren, schweren Metallplatten und dergl. muß in der Schwerindustrie routinemäßig häufig ausgeführt werden. Obwohl bei dieser Tätigkeit normalerweise nicht mehr als das Aufschneiden oder Aufschlitzen des Werkstückes erforderlich ist, ist die tatsächliche Ausführung dieser Aufgabe mühevoll, sie geht langsam vor sich und ist zeitraubend und es werden dabei Schneidwerkzeuge, normalerweise Sägeblätter, sehr schnell verschlissen. Demzufolge ist die Durchführung dieser Arbeit relativ kostspielig.

In der Vergangenheit wurde die beste Schnittergiebigkeit mit abtragenden Sägen erzielt. Derartige Sägen verwenden abtragende, z.B. flächenharte, diamantbesetzte etc. Sägeblätter oder -scheiben, die in das Werkstück hinein vorgeschoben werden, um eine Schnittrille anzufertigen. Mit wachsender Werkstückgröße, und es können Querschnittsabmessungen von bis zu 65 cm und mehr vorkommen, wird der Aufbau des Sägeblattes und der Sägeeinrichtung immer komplizierter und teurer. Trotzdem erreichen die maximalen Schnittraten solcher Sägen gegenwärtig kaum Werte von 775 cm /min des Werkstück-Querschnittes, wenn das Werkstück aus Stahl besteht und etwa den 2- bis 2 1/2-fachen Wert, wenn es sich um aluminiumhaltiges Material handelt. Bei solchen Schneidraten sind die abtragenden Scheiben extremen Spannungen unterworfen, sie verschleißen schnell und stellen eine andauernde Gefahr für Personen und Sachen in der Nähe der Säge dar, da die Blätter bei den hohen Umdrehungszahlen, bei denen sie betrieben werden, zerspringen und zerreißen können.

Bekannt ist weiterhin das Brennschneiden von oxidierbaren Materialien, vorzugsweise von Stahl^mit Acetylen-Sauerstoffbrennern. Dieses Verfahren, ist sehr langsam ,führt zum Verlust eines großen Materialanteils und ist zur Herstellung von tie-

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fen Schnitten wegen der mangelnden Kontrolle der Lage und der Ausrichtung der Sehneidflamme nicht geeignet. Wegen der festgestellten Nachteile dieses Systems wird es normalerweise auf das Schneiden von Platten, Stangen und dergl. mit einer Stärke von nicht über und vorzugsweise weit unterhalb von 10 cm eingesetzt.

Es sind auch Versuche bekanntgeworden, sogenannte Lichtbogen-Schneideinrichtungen zum Schneiden metallischer Werkstücke einzusetzen. Hach diesem Verfahren wird ein Schnitt dadurch ausgeführt, daß eine Schneidrille durch elektrisches Aufschmelzen in das Werkstück eingebracht wird, indem normalerweise ein

rotierendes Blatt verwendet wird und eine elektrische Spanung zwischen Blatt und Werkstück angelegt wird. Das Blatt wird dann bis zur Berührung mit dem Werkstück bewegt, um einen elektrischen Strom einzuleiten. Der Stromfluß schmilzt das Material auf, das aus der Schneidrinne durch das rotierende Blatt entfernt wird.

Obwohl dieses versuchte Verfahren auf den ersten Anblick sehr vielversprechend erscheint, hat es sich nicht durchsetzen können. Es ist tatsächlich anzuzweifeln, daß es jemals in der industriellen Anwendung eingesetzt wurde. Das anscheinende Versagen des Sägeverfahrens mit elektrischen Lichtbogen hat seinen Grund in der Tatsache, daß das. Lichtbogensägen niemals richtig untersucht und verstanden wurde. Ein Überblick über die relevante Literatur ergibt eine allgemeine Übereinstimmung, das zur Ausführung des Lichtbogensägens nichts weiter nötig ist als ein geeignetes, normalerweise rundes Sägeblatt und eine "geeignete" Quelle für die elektrische Leistung, die ein Potential zwischen dem zu schneidenden Objekt und das Blatt anlegt und einen "relativ hohen" Strom erzeugt. Die US-PS'en 1 701 919,2 015 415, 2 059 236, 2 377 838 und Re 20 O35 sind für den erreichbaren gegenwärtigen Stand der Technik exemplarisch.

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In allen Fällen sind die angeführten Patentschriften in erster Linie mit dem Aufbau der Apparatur für eine Lichtbogensäge "befaßt, nämlich in besonderer Weise mit der Anbringung der Säge, mit ihrem Antrieb und mit ihrem Vorschub gegenüber dem Werkstück. Dazu kommt noch, die Anordnung von Spindeln, Handgriffen und Schaltern und die tatsächliche Ausführung der Sägeblätter. Es sind Sägeblätter genannt, die in der üblichen Art gezahnt und geschränkt sind oder es sind verschieden gerichtete, geformte und bemessene Zähnungen genannt, um den Sägevorgang zu verbessern. Die angeführten Schriften nehmen bemerkenswerterweise beispielsweise zur tatsächlichen Betätigung der Säge,zu den angewendeten Spannungs- und Stromwerten und zur Qualität des erzielten Sägeschnittes in dem Werkstück, keine Stellung. Genau diese Aspekte bestimmen jedoch in erster Linie, ob überhaupt ein Schnitt gemacht werden kann und wenn, ob er die erwünschte oder erforderliche Qualität besitzt oder nicht. Auch hängt davon ab, ob die Säge und insbesondere das Sägeblatt den auftretenden Beanspruchungen standhält, Für diese Aspekte wurde bei dem Studium des Standes der Technik kein Hinweis gefunden. Demzufolge erhält jemand, der eine Lichtbogensäge nach dem Stand der Technik aufbauen will und dazu ein Energieversorgungsgerät entwickelt, keine weiteren Hinweise als daß dieses einen "relativ hohen Strom" ergeben sollte, obwohl es offensichtlich ist, daß ein "hoher Strom" in einem Anwendungsfall ein ungenügend hoher Strom bei einem anderen Anwendungsfall ist.

Bei Durchführung der Versuche, die zur vorliegenden Erfindung führten, sowie während theoretischer Betrachtungen der Erfordernisse des Lichtbogensägens stellte sich bald heraus, daß die nach dem Stand der Technik aufgebauten Lichtbogensägen einfach nicht funktionierten. Genauer, der Stand der Technik lehrt nicht oder gibt keine Anregung, wie eine Lichtbogensäge wirksam und tatsächlich aufgebaut und betrieben werden kann. Probleme, die mit nach dem Stand der Technik vorgeschlagenen

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Anregungen aufgetauten Lichtbogensägen auftraten, waren, daß der Schneidbetrieb der Säge nicht aufrechterhalten werden konnte, daß sich zufällige, hochgradig unebene Schnitte mit dementsprechend niederer Qualität ergaben, daß die Sägeblätter einem schnellen Verschleiß unterlagen und daß unerwartete und unerklärbare Stromänderungen während des Schneidvorganges auftraten, daß es schwierig war, Schneidparameter wie Schneidspannung, Schneidstrom und -geschwindigkeit zu beherrschen, daß kaum ein Zusammenhang zwischen dem Schneidbetrieb und Änderungen der angelegten Spannung beobachtet werden konnte und dergl. mehr.

Zusätzlich zu den Problemen, die sich auf das Schneiden selbst beziehen, erwiesen sich die Lichtbogensägen nach dem Stand der Technik als einfach unannehmbar für die Umgebung. Wenn das Schneiden nicht in einer vollständig isolierten Atmosphäre durchgeführt wird, ergeben die Lichtbogenüberschläge, die während des Sägens auftreten, einen für Menschen unerträglich hohen Lärmpegel und genügen beispielsweise den gegenwärtigen G-esundheits- und Sicherheitsvorschriften für die Industrie auf keine Weise. Zusätzlich werden durch die bekannten Lichtbogen-Sägeverfahren große Mengen von Staub und sonstigen Abfällen entwickelt, es tritt eine Sichtbehinderung durch elektrische Funken auf und es wird Ultraviolettstrahlung in so hohem Ausmaß erzeugt, daß eine spezielle Abschirmung erforderlich ist, um das Bedienungspersonal vor Hautverbrennungen zu schützen.

Es ist selbstverständlich nicht möglich, den oder die exakten Gründe herauszuholen, die es verhinderten, daß das Lichtbogensägen ein industriell genutztes Schneideverfahren wurde. Es ist jedoch anzunehmen, daß die vielen besprochenen Nachteile zusammen mit der mangelnden Steuerung während des Schneidens und die ganz allgemein qualitativ schlechten Schnitte zusammen den Erfolg des Lichtbogensägens in industriellem Maßstab verhinderten.

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Die Erfindung wurde durch den Erfolg» wichtige Parameter zu isolieren, die den Verlauf eines Lichtbogen-Sägeschnittes "bestimmen, ermöglicht und dadurch, daß diese Parameter auf den Betrieb und den Aufbau der Säge angewandt wurden. Durch diese Erfindung ist es nun möglich, wirksam und mit angemessenem Aufwand Schnitte auch durch größte Werkstücke durchzuführen, beispielsweise durch Stahlbarren mit Größen von 65 cm Durchmesser und mehr. Die Schnitte werden mit sehr hoher Geschwindigkeit hergestellt und zeigen ausgezeichnete Oberflächeneigenschaften mit einer mit anderen üblichen Schneid- oder Sägeverfahren vergleichbaren Qualität. Der Sägeschnitt wird praktisch ohne Auftreten von atmosphärischem Staub, von grobkörnigeren Verunreinigungen oder von Beschädigungen durch Strahlung und bei einem Schallpegel durchgeführt, der etwa dem bei geringfügigen Wasserfluß entstehenden entspricht.

Ein Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung betrifft den Betrieb der Säge. Um überhaupt sägen oder schneiden zu können, ist es möglich, daß ein Minimal- oder Grenzwertstrom (Schwellstrom) vorhanden ist; dieser Strom wird durch die angelegte Spannung praktisch nicht beeinflußt und kann auf eine Schwell-Stromdichte J bezogen werden, wobei

J₀ = a . 10 Ampere pro Quadratmeter (A/m ); (1)

"a" bewegt sich dabei im Bereich von zwischen 2 bis etwa 16.

Für Jeden Schnitt ergibt die Schwellstromdichte einen Minimaloder Grenzstrom I , der

I₀ = a . s . 10⁶ A beträgt, wobei (2)

ρ
s = w . 1 in m die effektive Oberflächengröße des Schnittes darstellt,

w = die Breite des Sägeschnittes in m und 1 = die Bogensegmentlänge in m ist, d.h. die Länge des Blattumfanges, an der Lichtbogen auftreten.

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Die Formeln für I und J wurden aufgrund von mehr als 600 Testversuchen bestimmt, bei denen Strom, Spannung und Schnittgröße, d.h. die tatsächlich aufgeschmolzene Metallmenge im Werkstück,sorgfältig überwacht wurden. Bis jetzt ist es nicht möglich, die Parameter vollständig zu bestimmen, die den genauen Wert von "a" bestimmen. Es wird angenommen, daß "a" von dem zu schneidenden Material relativ unbeeinflußt ist (es wurden derart unterschiedliche Metalle wie Kohlenstoffstahl, nichtrostender Stahl, hochtemperaturfeste Legierungen auf Kobaltbasis, Legierungen auf Nickelbasis, Weicheisen, Werkzeugstahl, Gußstahl, Aluminium, Kupfer, Zirkon und Titan untersucht), anscheinend wird diese Größe jedoch durch die Querschnittsform des Sägeblatts am Umfang, beispielsweise ob rechtwinklig oder dreieckig, die Umgebungstemperatur beim Schneiden und die tatsächliche Temperatur des Werkstücks beeinflußt. Dieser letzte Parameter hat möglicherweise auf den Wert "a" den größten Einfluß.

Obwohl der festgestellte Bereich für "a" anscheinend alle normalerweise anzutreffenden Umstände umspannt, ist es denkbar, daß unter besonderen Betriebsbedingungen dieser Bereich überschritten werden kann. Darüber hinaus wurde durch eine Statistik bestimmt, daß bei einem Sägebetrieb bei Raumtemperatur (Umgebungs- wie Werkstücktemperatur) der Wert "a" beim Schneiden von Stahl, von Kupfer und von Aluminium annähernd 5 beträgt. Daraus wird abgeleitet, daß der angegebene Bereich für "a" von 2 bis 16 die meisten öctremen Betriebsbedingungen einschließt.

Bei der tatsächlichen Ausführung ergibt die Anwendung des Schwellwert- oder Grenzwertstromes eine relativ niedrige Schneidgeschwindigkeit. Es wird vermutet, daß das davon herrührt, daß der größere Anteil der auf das Werkstück durch den Grenzwertstrom übertragenen Energie von dem Werkstück aufgenommen wird und dieses aufheizt. iOlglich wird nur ein rela-

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tiv geringer Anteil der Energie für das tatsächliche Aufschmelzen des Werkstückmetalls verwendet. Es ist deshalb zum Erhöhen der SchneidgeschwiirLigkeit auf den erforderlichen Wert nötig, einen Schneidstrom I (in Ampere) anzuwenden, der den Grenzwertstrom I um einen Jaktor von mindestens etwa 1,5 und vorzugsweise um einen noch größeren Faktor, der normalerweise in dem Bereich von zwischen etwa 2 "bis etv/a 40 liegt, zu erhöhen. Das Anwachsen des Schneidstromes über den Grenzwertstrom wird durch die Grenzen des elektrischen Versorgungsgerätes und durch die höchste Stromkapazität des Werkstückes und/oder des Blattes (im folgenden immer als Werkstückstrom bezeichnet) ohne unzulässige Wärmeentwicklung begrenzt.

Schneidströme im Bereich von etwa 500 A bis etwa 15 000 A haben ausgezeichnete Ergebnisse erbracht, wenn die zu schneidenden Werkstücke aus Stahl, Aluminium, Kupfer und dergl. mit Stärken von etwa 1 mm bis etwa 200 mm bestanden. Beim Schneiden oder Schlitzen von Werkstücken mit größeren Querschnitten, beispielsweise von 50 bis 75 cm-Barren und dergl. mit sehr hohen Schneidgeschwindigkeiten wird die Anwendung von Schneidströmen von 30 kA oder mehr empfehlenswert sein.

Innerhalb der aufgezeigten Schneidstromwerte ist es selbstverständlich wünschenswert, den höchstmöglichen Strom zu benutzen, so daß ein vorgegebener Schnitt in der kürzestmöglichen Zeit ausgeführt werden kann. Eine subjektive,adhoc durchgeführte Bestimmung des Maximalstromes ist nicht durchführbar, da auch dann, wenn man eine Energiequelle mit noch nicht ausgenützter Kapazität besitzt, ein einfaches Erhöhen der Schneidgeschwindigkeit,um dadurch entsprechend den Schneidstrom zu erhöhen, möglicherweise zu einem überschreiten des verfügbaren Stromes führt. Wenn das auftritt, kommt der Umfang des Blattes in Berührung mit der Unterfläche des Schneidspaltes und dadurch ergibt sich ein Kurzschluß für die Energiequelle, der

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unmittelbares Abschalten erforderlich macht. Dazuhin beschädigt jede körperliche Berührung zwischen Blatt und Werkstück sowohl das Werkstück als auch das Sägeblatt und es kann erforderlich werden, entweder das eine oder das andere oder beide zu ersetzen, was selbstverständlich unter allen Umständen vermieden werden sollte.

Um trotzdem die Schneidgeschwindigkeit bei gegebenem Werkstück und vorhandener Stromversorgung so groß wie möglich zu machen, ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Bestimmen der maximal möglichen Schileidgeschwindigkeit ν geschaffen, die nach der Formel:

J-J
ν = -^-S- m/s (3)

gegeben ist, wobei

J = ~- A, (4a)

M = -^- A.s/m³ (4b)

J = Schneidstromdichte in A/m

I = Schneidstrom in A
/\v = Zuwachs der Geschwindigkeit ν (in m/s)

Λ J = Zuwachs der Stromdichte bei Zuwachs Δ ν (in A/m ) und s= w . 1, wie bereits definiert.

wird bequemerweise dadurch bestimmt, daß die Schneidstrom-

dichte bei verschiedenen Schneidgeschwindigkeiten gemessen wird, Es hat sich gezeigt, daß ein im wesentlichen linearer Zusammenhang zwischen den beiden Größen besteht, wobei die Grenzstromdichte oder Schwellwertstromdichte bei einer Schneidgeschwindigkeit UuIl erreicht wird. ■ ■ ist dann die Steigung der sich

ergebenden Kurve, wobei M weiterhin durch folgende Formel bestimmt ist:

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-M-

M = Tjr-S (A.s/m^), wobei (5)

eff.

Δη = die Enthalpie-Differenz des Werkstückmaterials zwischen der tatsächlichen Werkstücktemperatur und der Temperatur ist, bei der das Werkstückmaterial entfernt wird, in (J/nr), und

"Eff = empirische effektive Spannung ist, die als der theoretische Anteil der angelegten Spannung angesehen werden kann, die beim Schmelzen des Werkstückmaterials abfällt,im Gegensatz zum verbleibenden Spannungsanteil, der als durch die Heizung des Werkstückmaterials in der Umgebung des Schnittes und andere Verluste verursacht angesehen werden kann. Bei den meisten Schneidbedingungen ist E _ff etwa 7 Volt für Schneidspannungen im Bereich zwischen 15 und 4-5 Volt.

Unter Benutzung der genannten Formel (3) ist es möglich, die für einen weiten Bereich von Materialien, Größen und sonstige Bedingungen erforderlichen Schneidparameter zu berechnen, da die Enthalpie-Werte der Materialien in Tabellenform für die meisten normalerweise zu schneidenden Matedalien erhältlich sind. Beispielsweise kann durch Ersetzen von J durch — bei gegebenem M die tatsächliche Schneidgeschwindigkeit

bei einem vorbestimmten Schneidstrom I, bei bekannten Werten J und M und bekannter <
leicht bestimmt werden.

J und M und bekannter effektiver Schneideschnittfläche s

So wird durch die vorliegende Erfindung die Auswahl der höchstmöglichen Schneidgeschwindigkeit bei innerhalb der Kapazität der Stromversorgung und/oder der Stromaufnahmegrenzen des Werkstücks

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gegebener Schneidstromgröße ermöglicht. Wenn die Schneidgeschwindigkeit wie oben angegeben ausgewählt wird, kann ein qualitativ hochwertiger Schnitt in der kürzestmöglichen Zeit ausgeführt werden.

Da eine enge Beziehung zwischen der Schnittqualität, der Schneidgeschwindigkeit und dem Schneidstrom besteht, liegt es nahe, daß eine "Veränderung eines dieser Werte den Sägevorgang schädlich beeinflussen kann. Dementsprechend ergibt sich durch die vorliegende Erfindung, daß diese Parameter fortwährend überwacht und angepaßt werden, um sie in der richtigen Beziehung zueinander zu halten. Normalerweise bedeutet das, daß die Schneidgeschwindigkeit fortlaufend verändert wird, so daß die Säge bei einem vorgewählten im wesentlichen konstanten Schneidstrom arbeitet, obwohl auch eine Betätigung der Säge bei vorgewählter konstanter Schneidgeschwindigkeit oder -spannung durchgeführt werden kann, wenn dies sich bei einer bestimmten Anwendung als vorteilhaft erweist.

Um diese Schneidparameter zu steuern, wird erfindungsgemäß empfohlen, eine gut geregelte,schnell ansprechende Stromversorgung für die Säge zu benutzen, die vorzugsweise bei Eon— stantspannung arbeitet, die jedoch auch eine Konstantstromquelle sein kann, die die niedrigste brauchbare Spannung entsprechend einer hochqualifizierten Schneidbetätigung ergibt. Die Spannungsauswahl wird so getroffen, daß ein relativ kleiner Bogenspalt "g" zwischen dem Umfang des Sägeblattes und dem Grund der Schneidrille besteht, um eine im wesentlichen homogene Bogenbildung über der gesamten Bogensegmentlänge sicherzustellen, so daß ein hochqualifizierter Schnitt mit großer Oberflächengüte gesichert ist.

Da der Bogenspalt fast nur eine Funktion der anliegenden Spannung ist, während die Metallentfernungsgeschwindigkeit fast nur von dem Stromfluß zwischen Blatt und Werkstück abhängt, muß der Bogenspalt genügend groß sein, um die fortwährend auftretenden Änderungen in der Metallentfernungsgeschwindigkeit und die damit gleichlaufenden Änderungen im Sägenblattnachschub oder der

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Zuführungsgeschwindigkeit des Sägenblattes aufzunehmen, ohne den Bogenspalt so weit zu vergrößern, daß der Stromfluß unterbrochen wird oder aber elektrische Kurzschlüsse durch die körperliche Berührung zwischen Blattumfang und Sägerinnengrund zu verursachen.

Erfindungsgemäß wird der Bogenspalt vorzugsweise in der Größenordnung einiger Zehntel Millimeter gehalten, normalerweise im Bereich von etwa 0,2 bis etwa 0,4 mm, woraus sich eine Spannung zwischen Blatt und Werkstück im Bereich von zwischen etwa 15 "bis etwa 45 V ergibt. Ein Absinken der Spannung unter 15 "V macht eine Steuerung der Blattvorschubgeschwindigkeit in der richtigen Weise fast unmöglich, da der Bogenspalt zu klein wird. Ein Anwachsen der Spannung über etwa 45 V kann zwar den Betrieb nicht beeinträchtigen, führt jedoch eine Verschlechterung der Oberflächenqualität des Schnittes infolge eines Anwachsens des Bogenspaltes und sich daraus ergebender nicht gleichförmiger Bogenbildung über die Bogensegmentlänge mit sich, wodurch örtliche Stromverdichtungen auftreten. Das kann zur Bildung von Unregelmäßigkeiten auf der Schneidfläche, von Verwerfungsstellen, Streifen und dergl. führen.

Zwar kann das erfindungsgemäße Lichtbοgenschneid- bzw. -sägeverfahren in jeder Umgebung ausgeführt werden, ausgenommen bei speziellen Anwendungen wie dem Schneiden von radioaktiv kontaminiertem Material, das in einer abgeschlossenen, abgeschirmten Umgebung stattfinden muß, doch wird ein Lichtbogenschneiden von Werkstücken vorzugsweise bei Wasserüberflutung ausgeführt. Wenn das Werkstück in gasförmiger Atmosphäre, beispielsweise in Luft, durchgeführt wird, wird ein flüssiges Kühlmittel, beispielsweise V/asser ,vorzugsweise aufgesprüht, um eine Überhitzung des Blattes zu vermeiden. Um das Untertauchen oder Überspülen des Werkstückes in bzw. durch Wasser während des Schneidens zu erleichtern und schneller herbeizuführen, wird durch die vorliegende Erfindung ein fluidbetätigter, beispielsweise druckluftbetätigter Wassertisch geschaffen, der oberhalb eines luftdichten Luft/Wasser-Tanks eine Werkstück-Haltefläche aufweist. Ein oder mehrere Steigrohre verbinden die obere Werkstück-Haltefläche des Tisches mit einem unteren Abschnitt des

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Tankes, der normalerweise mit Wasser gefüllt ist. Nachdem das Werkstück angebracht wurde, kann Luft in den oberen Tankabschnitt eingedrückt werden, wodurch das Wasser durch die Steigrohre über das Werkstück gedrückt wird. Sobald der Schneidvorgang beendet wird, wird die Druckluft aus dem oberen Abschnitt des Tanks entlüftet, so daß das Wasser schnell durch die Steigrohre zum unteren Teil des Tankes zurückkehrt. In dem Wassertisch ist eine Einrichtung vorgesehen, um ihn periodisch von Metallteilchen und anderem Abfall zu reinigen, der sich während des Schneidvorgangs ansammelt. Lichtbogensägen eines Werkstückes, das von Wasser überspült wird, beseitigt die bereits erwähnten Umgebungsbelastungen. Insbesondere wird der unerträgliche durch die Hochstromlichtbogen an Luft erzeugte Lärm vollständig beseitigt. Das einzige hörbare entstehende Geräusch wird durch das Einströmen des Wassers erzeugt, das durch das rotierende Sägeblatt in die Schnittrinne gezogen wird. Darüber hinaus bleiben alle Metallpartikel und aller anderer Abfall, der während des Sägens entsteht, im Wasser und kann nicht in die Luft gelangen. Dazuhin wird die Sichtbehinderung und die Hautreizung und/oder -verbrennung hervorrufende Strahlung während des Schneidvorgangs in solchem Ausmaß reduziert, daß eine Bedienungsperson in der Nähe der Säge ohne Schutzvorrichtung verbleiben kann. Durch diese Eigenschaft der vorliegenden Erfindung wird Lichtbogensägen mit den heutigen strengen Umgebungs- und Sicherheitsvorschriften und-Regulierungen vereinbar.

Dazuhin ermöglicht das Lichtbogensägen nach der vorliegenden Erfindung unter Wasser oder im überspülten Zustand die Reinigung des Sägeschnittes von geschmolzenen Material-und Abfallpartikeln, da der fortwährend fließende Wasserstrom diese Teilchen mit sich führt. Die Wahrscheinlichkeit einer Blockade der Sägerinne oder -rille durch zuvor entferntes Material und die Möglichkeit, daß geschmolzene Metallteilchen sich an den Seitenwänden der Sägerinne festsetzen, wird dadurch vermieden. Ein solches Festsetzen würde den Schneidvorgang ernsthaft behindern. Die geschmolzenen Metallteilchen werden stattdessen im wesentlichen sofort abgekühlt und hart und können deshalb nicht an den Sägeschnittwänden hängen bleiben.

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Die Wirksamkeit und der Erfolg des Lichtbogen-Sägeverfahrens entsprechend der vorlde genden Erfindung wird durch die erzielbaren hohen Schneidraten besonders augenscheinlich. Es wurde beispielsweise "bei einer Spannung von etwa 25 "V und einem Schneidstram von I = 13 kA eine Schneidgeschwindigkeit von

annähernd 1800 cm /min beim Durchschneiden von Eisenmaterialien, beispielsweise Kohlenstoffstahl erreicht, während beim Durchschneiden von aluminiumhaltigen Materialien (d.h. von Metallen, die in erster Linie Aluminium enthalten) Schneidgeschwindigkeiten in der Gegend von 5OOO cm /min erreicht wurden. Es wird erwartet, daß diese Schneidgeschwindigkeiten um einen Faktor 2 oder mehr erhöht werden können, wenn elektrische Energiequellen eingesetzt werden, die während der Erprobung der vorliegenden Erfindung nicht erreichbar waren; Voraussetzung ist dabei selbstverständlich,daß das Werkstück selbst derart hohe Ströme ohne Überhitzung, örtliche Aufschmelzung oder dergleichen ertragen kann.

Zumindestens teilweise sind diese hohen Schneidgeschwindigkeiten ermöglicht durch die Verwendung von relativ dünnen Sägeblättern vorzugsweise im Bereich von etwa 1,5 mm bis etwa 6,5 mm. Derart dünne Blätter sind einsetzbar, wenn das Blatt so homogen wie möglich ist und keine Umfangszahnungen oder ähnliches enthält und wenn weiterhin das Blatt mit einer genügend hohen Rotatxonsgeschwindiglceit (mit einer Umfangsgeschwindigkeit in der ITähe von 40 m/s) gedreht wird, so daß der Blattumfang keine Wellenbildung und keine Überhitzung erfährt. Um das Blatt während solcher hoher Geschwindigkeiten genau eben zu halten, wird es vorzugsweise vorgespannt. Das geschieht dadurch, daß das Blatt so aufgebaut wird, daß sein Innenbereich im Ruhezustand eingezogen (schüsseiförmig verbogen) ist. Bei sich steigender Rotationsgeschwindigkeit längt sich der Umfang des Blattes in größerem Maße als der Innenbereich, so daß sich das Blatt ."streckt" und eine flache ebene Gestalt einnimmt,

im
die die oft bei/Ruhezustand flachen Blättern auftretende Um—

fangswellung vermeidet.

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Bei den bisherigen Verfahren, vorzugsweise bei abtragenden Blättern mußte eine wesentlich größere Stärke verwendet werden, um genügende Festigkeit zu ermöglichen und am Umfang befindliche Zähne oder Schneidausbildungen aufzunehmen. Dadurch wird wiederum die Breite des Sägeschnitts oder der Sägerinne erhöht,ebenso die erforderliche Energie und die Schneidgeschwindigkeit herabgesetzt; alle diese Erscheinungen verteuern den Sägevorgang.

Bei den heutigen hohen Metallpreisen kann die durch die vorliegende Erfindung ermöglichte Schnittrinnenbreite bedeutende Materialeinsparungen ergeben. Beispielsweise sind bestimmte hochwertige Metalle, z.B. Legierungen auf Kobalt- oder Hickelbasis zu Preisen von DM 30,— oder mehr im Handel. Wenn eine ßonde mit einem Durchmesser von 61 cm abgeschnitten werden muß, werden nach herkömmlichen Sägeverfahren Mindestschnittrillenbreiten von 10 mm benötigt. Im Gegensatz dazu kann eine solche Ronde mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem Blatt von 1 m Durchmesser und einer Stärke von etwa 2,5 mm (bei Unterwasserschnitt) gesägt werden, was eine Materialeinsparung von etwa 15 kg pro Schnitt ergibt. Damit ergibt sich eine Einsparung von etwa DM 500,— pro Schnitt. Dazuhin müssen die herabgesetzten Kosten betrachtet werden, die durch die hohe Schneidgeschwindigkeit und den geringeren Energieverbrauch bei einem derart dünnen Schnitt entstehen, da derart viel weniger Material entfernt, d.h. geschmolzen werden muß, während der Schnitt durchgeführt wird.

Obwohl dieses Verfahren des Bogensägens nach der vorliegenden Erfindung bedeutende Vorteile beim Schneiden einer Vielzahl schwerer Metallabschnitte aufweist, ergeben sich auch einige diesem Verfahren eigentümliche Vorteile gegenüber abtragenden Sägen und Kaltsägen beim Zerschneiden empfindlicher Strukturen und bei Winkel- oder Gehrungsschnitten in schwierig zu schneidenden Materialien. Winkel- und Gehrungsschnitte bei extremen Winkeln sind bei harten Materialien mit üblichen Sägeausrüstungen fast unmöglich auszuführen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können derartige Schnitte leicht durchgeführt werden, da kein körperlicher Kontakt zwischen Blatt

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und Werkstück erforderlich, ist. Deshalb ist ein Seitendruck und ein Verbiegen der Säge so gut wie ausgeschlossen.

Aus dem gleichen Grund ist es möglich, durch eine Vielzahl von Querschnitten zu schneiden, die stellenweise starke oder dünne Abschnitte aufweisen, ohne die dünnen Abschnitte zu zerstören oder auszuziehen. Sehr dünne Hetallstrukturen können ganz genau ohne Schaden geschnitten werden, da keine großen Schneiddrücke auf dem Werkstück lasten.

Es hat sich auch ergeben, daß beim Auseinanderschneiden von Wärmetauschern (wie sie in nuklearen Energieerzeugern vorhanden sind) und anderen schwierigen Querschnitten lose Röhren und ähnliche Objekte die Säge nicht verklemmen, da der entstehende Lichtbogen jede Klemmwirkung durch Ausweichen des Werkstückes oder durch Ausweichen von Teilen des Werkstückes durch Abschmelzen beseitigt. Es hat sich gezeigt, daß bei verschiedenen Schnittanwendungen (beispielsweise wenn Bündel sehr dünner Metallröhrchen durchschnitten werden müssen) nur mit dem erfindungsgemäßen Lichtbogen-Schneidverfahren eine Losung gefunden wurde.

Die Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt zusätzlich zu den bereits besprochenen elektrisch, leitfähigen Sägeblättern und der Energiequelle Einrichtungen zum Eotieren des Blattes um seine Achse und Vorschubeinrichtungen, die den Vorschub des Blattes zum Werkstück hin und an ihm vorbei ergeben, während die Energiequelle einen Stromfluß zwischen diesen Teilen aufrechterhält. Es werden ferner durch die Erfindung Einrichtungen geschaffen, um den Stromfluß zwischen Blatt und Werkstück zu überwachen. Eine Steuereinrichtung ist wirksam mit der Überwachungseinrichtung und der Vorschubeinrichtung verbunden, um die Blattvorschubgeschwindigkeit als Funktion des überwachten Stromflusses so zu ändern, daß der Stromfluß im wesentlichen konstant während des Schneidvorganges aufrechterhalten ist.

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Die Steuereinrichtungen enthalten vorzugsweise eine Einrichtung zum Einstellen einer erwünschten. Stroinflußgröße zum Schneiden der jeweiligen Sägeschnittrinne, die allgemein gesprochen einen Komparator umfaßt, der wirksam mit der Einstelleinrichtung und der Überwachungseinrichtung verbunden ist, um ein Komparatorsignal in Abhängigkeit vom Unterschied des augenblicklich erfaßten Stromflußwertes und der eingestellten Stromflußgröße zu erzeugen. Eine Einrichtung erzeugt in Abhängigkeit vom Komparatorsignal Geschwindigkeitssteuersignale, die der Vorschubeinrichtung zugeführt werden, um die Vorschubgeschwindigkeit des Blattes zu ändern, bis der eingestellte Stromfluß-.wert im wesentlichen dem augenblicklich gemessenen Stromwert entspricht.

Das Sägeblatt ist an einem Halteaufbau angebracht, der vorzugsweise Sägeblattbewegungen in vielen Eichtungen, beispielsweise in aufeinander senkrecht stehenden Z-, Y- und Z-Richtungen ermöglicht, so daß sowohl vertikale Schnitte bei relativ kleinen Werkstücken als auch Kreuzschnitte und Längs- oder Streifenschnitte ausgeführt werden können. Zur Anpassung an derartiges Schneiden in vielen Richtungen ist das Sägeblatt um eine vertikale Achse in einem Winkel von mindestens 90⁰ drehbar gemacht, indem das Blatt an einem Ende eines länglichen, rohrförmigen, vertikal gerichteten Kolbens (bzw. einer Kolbenstange) angebracht ist, der in einem rohrförmigen Zylinder verschieblich aufgenommen ist, wodurch sich erste und zweite Druckkammern ergeben. Eine Einstellvorrichtung ist vorgesehen, um v/irksam den Zylinder und den Kolben anzuschließen, damit der Kolben zwischen mindestens zwei wirksamen Sägeblatt-Stellungen drehbar beweglich ist, die um einen Winkel von 90° voneinander getrennt ,sind und um den Kolben in den jeweiligen Säge-Betriebsstellungen festzuhalten. Die Einstelleinrichtung ist vorzugsweise in Form eines Kniegelenks aufgebaut, das die Rotationsbewegungen der Einstellvorrichtung auf den Kolben überträgt und ein Hin- und Hergehen des Kolbens im Zylinder gestattet.

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Zusätzlich, zum Angleich an die notwendigen Schwenkbewegungen des Sägeblattes ermöglicht es ein hohler Kolben, daß Hydraulik- und Stromleitungen zum Sägeblatt und dem damit verbundenen Antriebsmotor wirksam geleitet werden.

Es ist offensichtlich., daß der hin- und hergehende, vertikal gerichtete Kolben zum Anbringen des Sägeblattes die erwünschte Sägeblattbewegung in der vertikalen oder Z-Achse ermöglicht. Um das Blatt in X- und Y-Richtung zu bewegen, wird der Zylinder vorzugsweise an einem Kreuz-Kopf oder Kreuztisch, angebracht und ist linear längs dieses beweglich. Der Kreuz-Kopf kann dabei über das zu schneidende Werkstück verschoben werden und

ist wiederum auf in Querrichtung einen Abstand voneinander aufweisenden Schlitten oder Vagen befestigt, die längs

einer senkrecht zum Kreuz-Kopf verlaufenden Schiene beweglich sind. Zum Antrieb des Zylinders längs des Kreuz-Kopfes (in X-Eichtung) und der Schlitten oder Wagen in Y-Richtung können doppelt wirkende Hydraulikzylinder mit relativ kurzen Hublängen oder Zahnstangenantriebe für größere Hublängen Verwendung finden. Da der letztgenannte Antrieb immer ein gewisses Spiel enthält, das im Hinblick auf den geringen Bogenspalt während des Sägevorgangs untragbar ist, wird ein Zahnstangenantrieb vorzugsweise mit einem spielfreien Antrieb verbunden, der gegen den Zahnstangenantrieb wirkt, jedoch, eine geringere Kraft ausübt, so daß der Zahnstangenantrieb den ersten überschiebt, wobei das gesamte Spiel ausgeschaltet ist. Dadurch, ist eine genaue Geschwindigkeits- und Lagesteuerung möglich, die zur genauen Aufrechterhaltung des Schneidstromflusses, des Bogenspaltes und der Blattvorschubgeschwindigkeit bzw. der Beziehungen dieser Größen zueinander nötig ist.

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Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht des G-e samt auf b aus einer erfindungsgemäßen Lichtbogensäge,

I¹Ig. 2 eine teilweise Draufsicht auf einen Werkstück-Haltetisch, der ein zeitweises Untertauchen des Werkstückes unter Wasser während der Bogenschneidbetätigung ermöglicht,

Fig. 3 eine Seitenansicht mit weggelassenen und mit teilweise aufgeschnittenen Teilen zur näheren Verdeutlichung des Aufbaus des Tisches nach Fig. 2,

Fig. 4- eine Schnittansicht des Tisches von Fig. 2 von vorne,

Fig. 5 eine teilweise Ansicht eines Lichtbogensägen-Montagekopfes zur Durchführung von Schwenkbewegungen um und von Linearbewegungen längs einer vertikalen Achse,

Fig. 6 einen Schnitt nach Linie 6-6 der Fig. 5, Fig. 7 einen Schnitt nach Linie 7-7 äer Fig. 6,

Fig. 8 eine schematische Seitendarstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Bogensäge, die mit einem Blattumfangskanten-Richtwerkzeug und mit einem Blattumfangsverschleißkompensator ausgerüstet ist,

Fig. 9 einen Schnitt nach Linie 9-9 der Fig. 8 zur Verdeutlichung der Funktion des Blatt-Umfangskanten-Richtwerkzeuges und der eingedrückten, vorgespannten Gestaltung des Blattes im Ruhezustand,

Fig. 9a eine Darstellung ähnlich Fig. 9 zur Verdeutlichung der allmählichen Verformung des Blattumfanges bei längerem Gebrauch ohne Richten,

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Pig. 10 ein schematisches Blockschaltbild der Blattschnittgeschwindigkeit s-Schneidestrom-Rückkopplungssteuerung, und

!'ig. 11 ein Diagramm des Zusammenhangs zwischen Schneidstromdichte und Schneidgeschwindigkeit.

Die Lichtbogensäge-oder -schneideinrichtung 2 umfaßt nach Pig. 1 einen Montagetisch 4 für ein mit einem rotierenden Sägeblatt 8 zu schneidendes oder durchzuschneidendes Werkstück 6. Das Sägeblatt ist an einem in Vertikalrichtung hin- und herbewegbaren hydraulisch angetriebenen Betätiger 10 (Vertikalbetätiger) zum Anheben und Absenken des Blattes in Z-Richtung angebracht. Der Betätiger erlaubt gleichfalls Schv/enkbewegungen des Sägeblattes um die vertikale Z-Achse von der in ELg. 1 gezeigten Stellung aus bis zu einer um 90° gegen diese Stellung versetzte Lage.

Der Yertikalbetätiger 10 ist mittels einer Brücke oder einem Kreuz-Kopf 12 linear hin- und herzubewegen; der Kreuz-Kopf weist Führungsschienen 14 und einen Antrieb 16 für die X-Richtung auf, so daß eine Hin- und Herbewegung des Vertikalbetätigers in dieser X—dichtung erfolgen kann. Die Brücke oder der Kreuz-Kopf ist über dem Montagetisch 4 angeordnet und wird von zwei voneinander einen Abstand aufweisenden Schlitten oder Wagen 132 getragen; dadurch ist sie senkrecht zu den Führungsschienen 14 in der Y-Eichtung längs zweier Gleitbahnen 18 beweglich, die auf dem Montagetisch sitzen. Im Betrieb wird durch eine elektrische Leistungsquelle (in Fig. 1 nicht zu sehen) eine elektrische Spannung zwischen Werkstück 6 und Sägeblatt 8 angelegt. Das Blatt wird gedreht und zum Werkstück hin vorgeschoben, wodurch ein elektrischer Strom zwischen Sägeblatt und Werkstück fließt, der eine schmale Schneidrinne in das Werkstück hineinschmilzt und dabei den Säge- oder Schlitzvorgang beginnt, wie im folgenden näher beschrieben.

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Anhand der Eig. 1 und 5 ^is 7 ist zu sehen, daß der Vertikalbetätiger 10, an dem das Sägeblatt; angebracht ist, einen rohrförmigen Zylinder 20 mit offenen Enden umfaßt, der durch eine Zylinderhülse 22 gebildet wird, die von einem rohrförmigen Joch 24- umgeben ist, das seinerseits zwei Walzenreihen 26 trägt, die an dem Joch anliegen und es auf Leitschienen 14 der Brücke oder des Kreuz-Kopfes 12 abstützen.. Ein länglicher zylindrischer innen hohler Kolben 28 ist in Längsrichtung beweglich innerhalb der Hülse 22 aufgenommen und seine Länge beträgt mindestens das Doppelte der Länge der Hülse. In der Mitte des Hohlkolbens ist eine ringförmige Erhöhung 30 angebracht, die gegen die Innenfläche der Zylinderhülse abgedichtet ist; dadurch ergeben sich eine obere und eine untere Druckkammer 32 bzw. 34. Eine Druckflüssigkeitsquelle 36 ist wirksam mit den Druckkammern über ein Ventil 196 verbunden und die oberen und unteren Enden der Hülse sind gegenüber dem Kolben abgedichtet, so daß bei Anlegen von Druck auf die obere oder die untere Druckkammer eine entsprechende Bewegung des Kolbens in Abwärts- oder Aufwärtsrichtung eingeleitet wird. Der hydraulische Kolben ist gegenüber der Hülse 22 um seine Vertikalachse frei drehbar; die Hülse selbst ist mit einem Endflansch 38 des Joches 24 drehfest, beispielsweise durch Einschrauben verbunden.

Das untere Ende des Kolbens 28 wird durch einen Endflansch 40 bestimmt, an. dem eine Elanschplatte 42 befestigt ist. Die Elanschplatte ist gegenüber dem Kolben durch Isolationseinlagen 44, Scheiben 45 und eine Isolationshülse 46 isoliert. Eine Sägeblatt-Antriebseinheit ist an der Unterseite der Elanschplatte angebrachtj sie enthält vorzugsweise einen mit dem Sägeblatt 8 über eine Horizontalwelle verbundenen Hydraulikmotor 50· Eine Schleifringanordnung 54 stellt eine elektrische Verbindung zur Überleitung der hohen Schneidströme zwischen Elanschplatte 42 und Welle 52 her. Die Schleifringanordnung weist eine Vielzahl von beispielsweise vier Bürsten 56 auf, die in üblicher Weise unter Druck

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an der rotierenden Welle anliegen und in einem üblichen Bürstenhalter 58 sitzen, der (in nicht besonders dargestellter Weise) elektrisch mit der IPlanschplatte verbunden ist.

Das obere Ende 60 trägt eine obere Schleifringanordnung 62, die einen im Inneren des Hohlkolbens sitzenden Saramelleiter 64 mit einer Zuleitung 66 von der elektrischen Energiequelle 68 elektrisch verbindet. An der Oberseite des rohrförmigen Sammelleiters befindet sich eine Verbindungsplatte 70 j an der die insgesamt mit 72 bezeichneten Hydraulikleitungen mit einer gleichen Anzahl von vertikalen Hydraulikversorgungsrohren im Inneren des Sammelleiters 64 und des Kolbens 28 verbunden sind. Eine Verbindungsstange oder ein Verbindungsstab 76 stellt die mechanische Verbindung zwischen der oberen Verbindungsplatte 70 zum oberen Kolbenende 60 und der unteren Kolbenflanschplatte 42 her.

Die unteren Enden der Hydraulikversorgungsrohre 74 sind durch Innenleitungen 78 in der KLanschplatte 42 mit einer Hydraulikmotor-Zuführleitung 80 und einer (nicht gezeigten) Abführleitung verbunden, so daß unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit von einer Hydraulikpumpe 82 den Motor 50 antreiben kann, um das Blatt 8 in Rotation zu versetzen.

Ein Ring 84 ist mittels Wälzlager 88 drehbar an einem rohrförmigen Zylinderstutzen 86 angebracht, der von der Hülse und dem Joch 24 nach unten vorsteht. Eine Seite des Ringes besitzt einen radialen Vorsprung 90, an dem ein Ende eines oberen Armes 92 schwenkbar mittels eines Schwenkbolzens 94-befestigt ist. Das andere Ende dieses Armes ist mittels eines Schwenkstiftes 96 mit einem Ende eines zweiten tiefer liegenden Armes 98 verbunden. Das andere Ende des tieferen Armes ist wiederum mit . einem Vorsprung oder einem Auge 100 schwenkbar verbunden, der bzw. das vom unteren Kolbenendflansch 40 radial nach außen vorsteht.

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Ein Einstell- und Sperrhebel 102 ist ebenfalls am Ring 84-vorzugsweise dem radialen Ringvorsprung go entgegengesetzt angebracht. Der Hebel ist allgemein L-förmig und ist so angeordnet, daß ein Ana 104 der L-Porm sich nach oben erstreckt, wenn der Handgriff 106 am anderen Arm sich in Horizontallage befindet. Von dem Zylinderstutzen 86 stehen Anschläge 108 radial nach außen vor und sind so bemessen und angeordnet, daß der Hebelarm 104- an ihnen eingreifen und damit den Hing in der erforderlichen Betätigungsrichtung des Sägeblattes 8 versperren kann. Meistens ist es ausreichend, wenn zwei Anschlagreihen 108 vorgesehen sind, die gegeneinander um 90° versetzt und so ausgerichtet siiad, daß das Sägeblatt mit der X- und der Y-Achse ausgerichtet werden kann.

Durch Lösen des Sperrhebels mit einer Schwenkbewegung des Handgriffes in Uhrzeigerrichtung, wie in Fig. 6 strichpunktiert angedeutet, kann die Bedienungsperson den Ring 84- gegenüber der Hülse 22 und dem Joch 24 drehen. Die Drehung des Rings wird über die Schwenkarme 92 und 98 so auf den Kolben

sie
28 übertragen, daß/eine genaue und richtige Einstellung des Ringes eine gleichlaufend genaue und richtige Einstellung des Kolbens und damit des Sägeblattes 8 bewirkt. Um unerwünschtes Spiel oder Relativ-Abbiegungen zu verhindern, sind die Schwenkarme und ihre Schwenkverbindungen relativ breit ausgef ührt (I¹Xg. 7) j so daß sie in der Drehrichtung des Ringes eine starre Verbindung ergeben und somit eine genaue Verfolgung der Ringdrehung durch das Blatt sicherstellen. Das Kniegelenk zwischen den Schwenkarmen 92, 98 erlaubt die freie Beweglichkeit des Kolbens in seiner Längsrichtung bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Drehlage und der Versperrung des Sägeblattes.

Um die Außenfläche des Kolbens 28 vor Verschmutzung zu schützen, die mit der Zeit die Abdichtung zwischen dieser Fläche und der Hülse 22 beeinträchtigen kann, ist ein Balg 110 vorgesehen. Die Enden des Balges sind an dem unteren Kolbenendflansch 4-0 und an dem Ring befestigt.

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Um den Vertikalbetätiger zum Anheben, oder zum Absenken des Sägeblattes 8 zu "betätigen, wird unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit von der Druckquelle 36 in die untere oder die obere Druckkammer 34- bzw. 32 eingeführt, so daß der Kolben 28 sich in der vertikalen (Z-) Richtung bis in die erforderliche Höhe "bewegt. Dabei ist zu beachten, daß durch eine geeignete Ventilbestückung, beispielsweise durch ein Servoventil 196,die Druckquelle 36 und die Druckkammern zu einem relativ schnellen Anheben oder Absenken des Sägeblattes in eine erforderliche Lage oder alternativ zum Vorschub des Blattes in Z-Richtung mit genau gesteuerter Vorschubgeschwindigkeit zur Herstellung eines Vertikalschnittes durch das Werkstück 6 gebracht werden kann.

Zusätzlich kann das Sägeblatt um die Z-Achse zwischen einer ersten und zweiten Arbeitsstellung gedreht werden, wobei es in diesen Stellungen parallel zur X- bzw. zur I-Achse steht. Das wird da.durch erreicht, daß der Sperrhebel 102 von einem der Anschlagblöcke 108 gelöst wird, worauf sich Ring 84, die Arme 92 und 98 und zusammen damit der Kolben 28 drehen läßt. Wenn das Blatt in der erforderlichen zweiten Arbeitsstellung angelangt ist, wird der Sperrhebel 102 nach Darstellung in Pig. im Gegenuhrzeigersinn geschwenkt und liegt am anderen Anschlagblock 108 an. Wenn bei einem speziellen Einsatz erforderlich, können zusätzliche Anschlagblockreihen (in der Zeichnung nicht dargestellt) vorgesehen werden, um das Sägeblatt in Zwischenwinkel Stellungen, beispielsweise bei 30°, 4-5° usw. gegenüber der erwähnten ersten und zweiten Arbeitsstellung festzulegen.

Bewegungen in X-Richtung des hydraulischen Betätigers 10 und damit des Sägeblattes 8 werden durch Bewegen der an dem Joch 24- angebrachten Walzen 26 längs der an der Brücke 12 befestigten Führungsschienen 14 bewirkt. Für kurze Hübe in der Größenordnung von etwa 150 cm kann ein hydraulischer Antrieb 112 vorgesehen sein. Ein solcher hydraulischer Antrieb hat den Vorteil, daß er genau zu steuern ist und absolut spielfrei arbeitet. Bei

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größerer Hublänge wird bevorzugterweise ein Zahnstangenantrieb 114 eingesetzt.

In einer Ausführung der Erfindung ist eine Zahnstange 116 an der Unterseite einer Führungsschiene 14 angebracht. In diese Zahnstange greift ein an dem Joch 24 befestigtes und durch einen Motor 120 angetriebenes Zahnritzel 118 ein. Da Zahnstangenantriebe notwendigerweise etwas Spiel aufweisen, wenn es auch nur in der Größenordnung von einigen wenigen Zehntel Millimetern ist und da bei dieser Anwendung ein solches Spiel sehr unerwünscht, wenn nicht gar wegen des sehr kleinen ebenfalls in der Größenordnung einiger Zehntel Millimeter befindlichen Bogenspaltes, völlig unannehmbar ist, wird in dem erfindungsgemäßen Gerät ein Spielfrei-Antrieb 122 vorgesehen, der das mit dem Zahnstangenantrieb 114 verbundene Spiel beseitigt.

Der Spielfrei-Antrieb wird durch ein zweites Zahnritzel gebildet, das durch einen Druckluft- oder Hydraulikmotor 126 in feststehender Richtung dauernd angetrieben ist. Die durch den Spielfrei-Motor aufgebrachte Antriebskraft ist geringer als die durch den Antriebsmotor 120 aufgebrachte, so daß der Antriebsmotor den Spielfrei-Motor überwindet. Die durch den Spielfrei-Motor 126 erzeugte Kraft beseitigt jedoch das erwähnte Spiel des Zahnstangenantriebs und ermöglicht so Jederzeit die genaue Lagensteuerung des Antriebs und damit des Vertikalbetätigers 10. Der vorgesehene Spielfrei-Antrieb 122 ermöglicht demzufolge die Steuerung und Aufrechterhaltung des kleinen Bogenspaltes, der zwischen Blattumfang und Schneidrinnenboden in später besprochener Weise besteht.

Wenn die Führungsschienen 14 in der in Fig. 5 und 6 dargestellten Weise flach ausgebildet sind und die Walzen 26 zylindrische Form haben, sind Druckpolster 128 vorgesehen, die beispielsweise aus zylindrischen Scheiben bestehen und durch

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Federkraft oder auf andere Weise gegen die Flächen 120 der Führungsschienen vorgespannt sind und an ihnen gleitend anliegen. Auf diese Weise können Querbewegungen (allgemein in X-Richtung) des Joches 24 verhindert werden. Alternativ können die Druckpolster durch (nicht gezeigte) Mitlaufrollen ersetzt werden oder die Joch-Stützrollen 26 können um ihren Umfang genutet sein und an entsprechend ausgebildeten Flächen der Führungsschienen eingreifen. Diese Lösung ist in der Zeichnung nicht dargestellt.

Die Enden der Brücke 12 sind durch Schlitten oder Wagen 132 abgestützt, die mit (nicht besonders dargestellten) Rädern ausgerüstet sind, die die Brücke und den Vertikalbetätiger 10 abstützen und in X-Richtung längs der Bahnen 18 laufen können. Die Bahnen können auf verschiedene Weise aufgebaut sein, es kann sich beispielsweise um Führungsbahnen mit dreieckigem oder kreisförmigem Querschnitt handeln, an dem entsprechend eingeschnittene Räder angreifen, um die Schlitten in X-Richtung zu führen und ein Seitenspiel in X-Richtung zu verhindern. Die Bahnen werden durch Bahnstützen 140 abgestütz, die auf dem Montagetisch 4 aufsitzen. Die Schlitten oder Wagen sind dazuhin mit einem Zahnstangenantrieb 134 für die Y-Richtung ausgerüstet, welcher aus einer Zahnstange 136 und einem damit zusammenwirkenden Zahnritzel 138 besteht; Das Zahnritzel 138 wird durch einen Hydraulik- oder Elektromotor angetrieben, der nicht besonders dargestellt ist. Auch der Antrieb für die X-Richtung ist mit einem Spielfrei-Antrieb (nicht dargestellt) aufgebaut, der mit dem Zahnstangenantrieb 134 in der gleichen Weise zusammenwirkt, wie der Spielfrei-Antrieb 132 mit dem Zahnstangenantrieb 114.

Aus dieser Beschreibung ist die"Möglichkeit einer gesteuerten Bewegung des Sägeblattes 8 der Lichtbogensäge 2 in der X-, X- und der Z-Achsenrichtung ersichtlich, so daß Vertikalschnitte, Kreuzschnitte und auch Längsstreifenschnitte (in Y-Richtung)

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ausgeführt werden können. Die Säge ist weiterhin mit Einrichtungen zum Drehen und Festlegen des Sägeblattes in ersten und zweiten Arbeitsstellungen versehen, welche um 90° voneinander entfernt sind, un das Blatt mit der X-Achse bei Schnitten in der X-Richtung bzw. mit der ϊ-Achse bei Schnitten in der X-Richtung auszurichten und bei der Durchführung von Vertikalschnitten mit einer der beiden Achsen auszurichten.

Der Hontagetisch 4 liegt unterhalb der Brücke 12 und nimmt das Werkstück 6 auf und stützt es während des Schnittes ab. Gleichzeitig wird dadurch das gesamte Werkstück oder mindestens jene Abschnitte des Werkstückes,in die eine Schnittrinne oder Schnittrille geschnitten wird, unter Wasser gesetzt. Zur Zeitersparnis ist es wichtig, daß das Anbringen und das Entnehmen des Werkstückes so rasch wie möglich durchführbar ist. Um eine Unterwassermontage zu vermeiden, die zeitraubend und schwer durchzuführen ist und um Wasser zu sparen und unnötigen Wasserverbrauch zu vermeiden, ist der Hontagetisch nach der vorliegenden Erfindung so aufgebaut, daß das gesamte Werkstück schnell mit einer Wassermenge überspült werden kann und daß das Wasser nach Beendigung des Schnittes unter Wiedergewinnung des verwendeten Wasseranteils schnell entfernt werden kann.

Nach Fig. 1-4 ist der Montagetisch durch eine horizontale Montageplatte 142 bestimmt, die auch für das größte zu zerschneidende oder zu schneidende Werkstück 6 ausreichende Festigkeit besitzt. Die Montageplatte enthält eine Vielzahl von Montagebohrungen 144, in denen (nicht gezeigte) Klammern oder ähnliches aufgenommen werden können und die gegen Luft und Wasser von der Unterseite 146 der Platte durch luftdicht mit dieser Unterseite verschweißte Klötze 148 abgedichtet sind.

Unterhalb der Montageplatte ist ein Luft/Wasser-Tank I50 angeordnet, der mit der Montageplatte durch Anschweißen

B Π 9 8 k 6 / Π R L 7

dicht verbunden ist. Mindestens ein Steigrohr 152, vorzugsweise eine Vielzahl solcher Rohre, sind mit dem oberen Ende 154· dicht mit entsprechenden Durchbrüchen 156 in der Montageplatte verbunden und das untere Eride 158 wird durch den Tankboden 160 abgestützt. Die Steigrohre stehen mit dem unteren Tankabschnitt 162 durch Ausschnitte 164 in Verbindung.

In der bevorzugten Ausführung der Erfindung werden die unteren Enden der Steigrohre durch MontagevorSprünge 166 am Tank abgestützt, die sich bis unterhalb des Tankbodens erstrecken und den Tank auf einer geeigneten (nicht gezeigten) Unterlage stützen. Der Tankboden ist vorzugsweise durch geneigte Bodenplatten 168 gebildet, so daß sich innerhalb des Tanks ablagernder Abfall im untersten Bereich des Tanks ansammelt. Reinigungsflansche 170 sind in diesem Bereich des Tanks vorgesehen und können durch darauf abgestimmte (nicht gezeigte) Flanschplatten abgedichtet werden. Auf diese Weise ist die Entnahme des sich ansammelnden Abfalls möglich.

Eine Ein- und Auslaßöffnung 172 für Luft verbindet den oberen Abschnitt 174- des Tanks mit einer Druckluft quelle 176 über ein

der Öffnung Einlaßventil 178. Gleichfalls besteht eine :Fluidverbindung/i72 mit einem Auslaßventil 180, so daß eine Verbindung mit der Aussenluft möglich ist.

Im Betrieb wird zunächst das Werkstück beispielsweise durch Klammern an der Montageplatte 14-2 angebracht und der Wassertank 150 wird vorzugsweise nicht vollständig, jedoch im wesentlichen mit Wasser befüllt. Um das Werkstück unter Wasser zu setzen, wird das Einlaßventil 178 geöffnet, so daß Druckluft in den oberen Tankabschnitt 174- gedrückt wird. Die Druckluft drückt wiederum das Wasser durch die Steigrohrausschnitte 164 und die Steigrohre 152 in den Raum über der Montageplatte 142. Um die Montageplatte erstrecken sich vertikale Schutzwände, die das Ausfließen des Wassers vermeiden. Nachdem das Werkstück vollständig unter Wasser gesetzt ist, wird das Einlaßventil

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geschlossen und der Wasserspiegel verbleibt über der Montageplatte und den Werkstück, wie es in unterbrochenen Linien in Fig. 3 angezeigt ist.

llachdem der Sägeschnitt fertiggestellt ist, wird das Auslaßventil 180 geöffnet. Der Wasserdruck zwingt die Luft aus dem oberen Tankabschnitt 174- in. die Umgebung und das gesamte Wasser fließt aus dem Bereich oberhalb der Montageplatte 14-2 zurück in den Luft/Wasser-Tank 1^0. Daraufhin wird das Auslaßventil geschlossen, das Werkstück von der Montageplatte abgenommen und die Anlage ist zur Aufnahme eines neuen Werkstücks bereit. Es ist zu sehen, daß durch die erfindungsgemäße Ausführung fast augenblicklich ein Überspülen des Werkstückes mit Wasser möglich ist und ebenso das sofortige Zurückfließen des Wassers nach fertiggestelltem Schnitt. Gleichfalls ist ein fortwährendes Zurückgewinnen des Wassers möglich. Darüber hinaus kann das Festklemmen des Werkstückes in Umgebungsluft statt unter Wasser ausgeführt werden. Damit wird die Schnelligkeit der Werkstückmontage und -entfernung erhöht und die Montage erleichtert sowie Wasser gespart.

Während des Lichtbogen-Sägevorgangs sammelt sich ein beträchtlicher Anteil von Abfällen, in erster Linie kleine verfestigte Metallschmelzteilchenjan. Damit diese Abfälle entfernt werden können, besitzt die Montageplatte 142 einen allgemein rechtwinkligen Abfallausschnitt 184-, der so angeordnet ist, daß die aufgeschmolzenen und verfestigten Metallteilchen, die das Sägeblatt während des Sägevorganges aus der Schnittrille entfernt, in Richtung des Abfallausschnittes ausgeworfen werden. In der in Fig. 2-4- gezeigten Anordnung ist der Ausschnitt nach Darstellung in Fig. 3 rechts vom Sägeblatt 8 angeordnet, da sich das Blatt in dieser Darstellung im Gegenuhrzeigersinn dreht. Wenn erforderlich, können zusätzliche Abfallausschnitte an anderen Stellen der Montageplatte geschaffen werden.

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Eine Abfallsammelsenke 186 "befindet sich unterhalb des Ausschnittes 184· und wird durch eine nach unten geneigte Rutschplatte 188 gebildet, die bei einer mit einem Plansch versehenen Reinigungsöffnung 190 endet. Diese Öffnung hat ausreichende Größe, um schnell und relativ häufige Entfernung des sich ansammelnden Abfalls zu ermöglichen. Damit keine großen Teile in die Senke fallen und diese versperren, ist ein Siebgitter 192 etwas unterhalb der Montageplatte 14-2 über die gesamte Öffnung des Abfallausschnittes 184- gespannt.

Im folgenden soll der Betrieb der Lichtbogensäge 2 im einzelnen besprochen werden. Zum Anfang wird das Werkstück 6 an der Platte 142 des Tisches 4 angebracht, das Lufteinlaßventil 178 wird geöffnet, bis der Wasserspiegel oberhalb des Tisches das Werkstück überdeckt. Jetzt wird das Einlaßventil geschlossen und das Sägeblatt 8 in die erforderliche Lage gebracht, an der der Schnitt eingeleitet werden soll. Beispielsweise sei angenommen, daß ein Streifenschnitt in Y-Richtung herzustellen ist und daß eine Schnittrille 194 in das Werkstück geschnitten oder geschlitzt werden soll, die sich nicht durch das gesamte Werkstück erstreckt. Das Sägeblatt ist so ausgerichtet, daß seine Antriebswelle 52 parallel zur X-Richtung liegt und das Blatt selbst seine Fläche der X-Richtung zugewandt hat (Fig. 6). Wenn nötig, wird das Sägeblatt um die Z-Achse gedreht, indem der Sperrhebel 102 gelöst und der Sägeblatt-Haltekolben 28 in die erforderliche Sägenblatt-Stellung gedreht wird. Der Hebel wird dann wieder an dem Haltenaschlag 108 angelegt, damit die richtige Ausrichtung des Blattes mit der Ϊ-Richtung gewährleistet ist.

Das Ventil 196 (Fig. 6) wird betätigt, um je nachdem den Kolben 28 und damit das Sägeblatt 8 anzuheben oder abzusenken, bis der unterste Punkt des Sägeblattes im wesentlichen mit der gewünschten Lage des Schnittrillenbodens 198 zusammenfällt.

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Daraufhin stellt die Bedienungsperson den erforderlichen Schneidstrom je nach der Kapazität der elektrischen Energiequelle 68 und der !Fähigkeit des Werkstückes 6, dem Strom ohne Überhitzung, Aufschmelzen oder dergl. zu widerstehen, ein. Unter der Annahme, daß die Stromkapazität des Werkstückes (zumindest innerhalb des Maximalstromabgabebereich.es der elektrischen Energiequelle 68) keine Grenzen setzt und mit der weiteren Annahme, daß der Schnitt nicht wegen spezieller Oberflächengütemerkmale einen niedrigeren Strom erforderlich macht, stellt die Bedienungsperson normalerweise den Schneidstrom so ein, daß der Maximalstrom der Energiequelle fast oder ganz erreicht ist, um die Schneidzeit so gering wie möglich zu halten.

Nach Auswahl des Schneidstromes stellt die Bedienungsperson als nächstes die Schneidgeschwindigkeit ν in Übereinstimmung mit der bereits angeführten Gleichung (5) ein oder nach

V= (J- J.) . -^-^- m/s, oder weiter abgewandelt: (6) ° Aj

4r ^-

wobei

I wiederum der Schneidstrom und s die effektive Schnittrinnen-Jlächengröße ist.

Der Wert -g— bzw. sein Kehrwert wird vorzugsweise in Tabellenform oder als Kurve 200 (Eig. 11) durch Auftragen der Sclmeidstromdichte bei einem gegebenen Material über der 'Vorschubgeschwindigkeit erhalten. Die Schneidstromdichte J ist dabei aus den gemessenen Werten des Schneidstromes I, der Schnittrillentiefe l/\ und der Schnittbreite w zu bestimmen. T;ypi scherweise ist der Zusammenhang zwischen Geschwindigkeit und Schneidstrom dichte, wie in Fig. 11 gezeigt, linear, wobei die minimale Schneidstromdichte J_Q die bereits früher erwähnte Grenzwert-Stromdichte oder Schwellstromdichte ist bei gegen Null gehen-

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der Schneidgeschwindigkeit. I¹Ur praktische Erfassung ist selbstverständlich "bei J die Schneidgeschwindigkeit nicht gleich ITuIl, sondern sehr gering. A ν und Aj werden aus der Steigung der Kurve 200 entnommen und können von einem Diagramm direkt abgelesen werden. Dieser Steigungswert M kann für verschiedene Materialien in Tabellenform festgehalten werden, um das Einstellen der Schneidparameter zu erleichtern.

Die Antriebseinheit zumVorschub des Blattes in Schneidrichtung, in dem vorliegenden Beispiel der Zahnstangenantrieb 134- für die ϊ-Richtung, enthält G-eschwindigkeits-Steuereinrichtungen, beispielsweise (nicht gezeigte) Ventile, falls der Antriebsmotor ein Hydraulikmotor ist,oder elektrische Steuereinrichtungen, falls der Antriebsmotor ein Elektromotor ist. Dadurch kann die Vorschubgeschwindigkeit der Schlitten oder Wagen 132, der Brücke 12 und damit des Sägeblattes in der Schneid- (Y-)Richtung genau eingestellt und vorgewählt werden.

Wach Auswahl der richtigen Vorschubgeschwindigkeit für den auszuführenden Schnitt werden die elektrische Energiequelle 68 und der Blattantriebsmotor 50 eingeschaltet und der Antrieb 134- für die T-Richtung wird zum Vorschub des Blattes gegen das Werkstück 6 (das von Wasser überspült auf dem Tisch 4- befestigt ist) in Betrieb gesetzt. Sobald der Blattumfang 202 in geringe Nähe des Werkstückes 6 kommt, "beginnt das Zünden von Lichtbogen zwischen dem Blattumfang und dem Werkstück, es wird'Werkstückmaterial aufgeschmolzen und sofort durch das rotierende Blatt und den dadurch hervorgerufenen Wasserstrom entfernt. Da anfangs eine sehr hohe Stromkonzentration zwischen Blattumfang und Werkstückkante 204- besteht, schmilzt das Werkstückmaterial sehr rasch, so daß keine Berührung zwischen Blatt und Werkstück auftreten kann. Wenn das Blatt weiter in Y-Richtung in das Werkstück hinein vorgeschoben wird, nimmt die wirksame Tiefe der Schnitt-

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rinne 194 zu, "bis der Vert "I_x." erreicht ist. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Schneidstrom I zwischen Blatt und Werkstück, falls die Vorschubgeschwindigkeit ν für das Blatt wie oben beschrieben ausgewählt ist. Um das Entfernen der wieder erstarrten aufgeschmolzenen Iletallteilchen aus der Schnittrille zu erleichtern, besonders dann, wenn die Schnittrille, wie z.B. bei der Herstellung von Streifenschnitten, ziemlich lang ist, kann das Blatt 8 so rotiert werden, daß es aus der Schnittrille 194 am Punkt 199 austritt, an dem der Schneidvorgang gerade beginnt (Fig. 6). Der Lichtbogenübergang findet im wesentlichen homogen und gleichförmig über die gesamte "Bogensegmentlänge" 1 statt, d.h. über dem Abschnitt des Blattumfangs 202, der direkt dem Schnittrillenboden 198 zugewandt ist und parallel zu diesem verläuft. Darüber hinaus besteht ein Bogenspalt "g" zwischen dem Blattumfang und dem Schnittrilleriboden. Wie erwähnt, ist die Größe des Bogenspaltes eine Funktion der anliegenden Spannung (oder umgekehrt) und bei gegebenem Schneidstrom sollte der Spalt konstant gehalten werden.

Aus einer Vielzahl von Gründen schwankt der Schneidstrom auch bei konstanter Vor schub ge s chviindigk eit, da Veränderungen im Querschnitt des Werkstückes, Unregelmäßigkeiten wie z.B. Fehlstellen oder Lunker im Werkstück, Unterschiede in der Werkstückdichte, Fremdteilchen in dem Werkstück oder im Bogenspalt usw. vorhanden sein können. Die dadurch bewirkten Stromänderungen können zeitweilig eine Berührung zwischen dem rotierenden Sägeblattumfang und dem Schnittrinnenboden verursachen, wodurch entweder eins von beiden oder beide ernsthaften Schaden erleiden können und wodurch ein Kurzschluß der Energiequelle hervorgerufen wird, der ihre Abschaltung und damit auch die Abschaltung des gesamten Sägevorgangs verlangt.

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Um derartige Beschädigungen und Abschaltungen vermeiden zu !können, ist erfindungsgemäß eine Rückmelde-Regelung 206 (Fig· 10) vorgesehen. Sie enthält einen Strom- (oder Spannungs-)Transduktor 208, falls die Energieversorgung 68 eine Konstant-Spannungsquelle (oder Konstant-Stromquelle) ist, der fortwährend den Schneidstrom I (oder die Schneidspannung) überwacht und ein Schneidstrom-Größensignal (oder ein Schneidspannungs-Größensignal) an einen Komparator 210 abgibt. Der zweite Eingang des Komparators ist ein Strom- (oder Spannungs-) Referenzsignal, das von einem Strom- (oder Spannungs-) Einstellgerät 212 kommt. Ein auftretender Unterschied zwischen dem durch den Transduktor 208 aufgenommenen und dem am Einstellgerät 212 eingestellten Stromwert erzeugt ein entsprechendes Differenz- oder Fehlersignal, das einem Fehlerausgleichsverstärker 216 zugeleitet wird. Der Fehlerausgleichsverstärker enthält einen elektrischen Kompensator, der das Fehlersignal so abwandelt, daß keine selbstinduzierten Stromschwingungen auftreten können. Das kompensierte Fehlersignal des Fehlerausgleichsverstärkers 216 wird über eine (später zu besprechende) Steuerlogik 218 an einen Leistungsverstärker 220 weitergegeben, der den Vorschubantrieb für das Blatt 8 in der Schneidrichtung steuert. In dem ausgeführten Beispiel mit der Y-Richtung als Schneidrichtung ist der Vorschubantrieb der Zahnstangenantrieb für die Z-Richtung.

Die beschriebene Rückmeldesteuerung 206 bewirkt auf diese Weise eine konstante Regulierung und, wenn nötig, eine Änderung der Schneidgeschwindigkeit ν des Blattes 8 in der Weise, daß der Schneidstrom I am ausgewählten Wert gehalten wird und im wesentlichen konstant bleibt. Mit anderen Worten, die Rückmeldesteuerung oder -regelung 206 stellt einen Schneidgeschwindigkeitsregler dar, der automatisch arbeitet und die beschriebene Strom/Schneidgeschwindigkeitsbeziehung beachtet.

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Damit die Steuerung auf alle drei möglichen Schneidvorschübe einwirken kann, d.h. auf den Vertikalbetätiger 10 (Z-Richtung) den Hydraulikantrieb 112 oder den Zahnstangenantrieb 114 (X-Richtung) und auf den Antrieb 134 für die X-Richtung ist die Steuerlogik 280 zwischen Komparator und Blattantrieb so angeordnet, daß sie das kompensierte Fehlersignal an den richtigen Leistungsverstärker und den richtigen Antriebsmechanismus weitergibt. Auf diese Weise kann eine Signal-Rückmeldesteuerung für den Vorschub des Blattes in den drei Richtungen bewirkt
werden.

Für optimale Steuerung und zur Information der Bedienungsperson weist das erfindungsgemäße Gerät ferner einen Geschwindigkeit stransduktor 222 auf, der die Schneidgeschwindigkeit des Blattes 8 erfaßt und einen Lagetransduktor 228,
der die augenblickliche Blattlage erfaßt. In der bevorzugten Ausführung ist eine digitale X-, X- und Z-Lageanzeige vorgesehen, die die Bedienungsperson von der augenblicklichen Blattlage in allen drei Richtungen unterrichtet.

Der Ausgang des Lagetransdulttors 228 liegt am Komparator 223 an, der ebenfalls mit dem Ausgang eines Lageeinstellgerätes
224 verbunden ist. Das Fehler- oder Differenzsignal des
Komparators 223 wird an einen Fehlerverstärker 225 v/eitergegeben und kann bei Lagesteuerung über die Steuerlogik 218, den Leistungsverstärker 220 und den Blattantrieb 134 für die X-Richtung zum Vorschub des Blattes auf die durch das Einstellgerät 224 bestimmte Lage benutzt werden und das Blatt an dieser Lage halten.

In gleicher Weise liegt der Ausgang des Geschwindigkeitstransduktors 222 an einem Komparator 227 an, der gleichfalls mit dem Ausgang eines Geschwindigkeits-Einstellgerätes 226 verbunden ist. Das durch den Komparator 227 erzeugte
Fehler- oder Differenzsignal wird einem Fehlerverstärker 229

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weitergegeben und kann "bei Betriebsart "Geschwindigkeitssteuerung" über die Steuerlogik 218, den Leistungsverstärker 220 und den Blattantrieb 134 für die Y-Richtung zum Vorschub des Blattes und zur Aufrechterhaltung der durch das GeschwindigkeilB-Einsteilgerät 226 bestimmten Geschwindigkeit benutzt werden.

Es geht aus dieser Beschreibung hervor, daß zwar die Vorteile der vorliegenden Erfindung bei Einstellung der Schneidgeschwindigkeit ν in Übereinstimmung mit Gleichung (6) von Hand erzielt werden können, daß jedoch dauernd Stromänderungen auftreten, die von der Bedienungsperson nicht auszusteuern sind. TJm ein Kurzschließen der Energiequelle 68 oder ein Abreißen des Bogens zu vermeiden, muß eine genügend hohe Spannung ausgewählt werden, um einen Bogenspalt "g" mit ausreichender Größe zu erzielen, so daß keiner der beiden Fälle auftritt« Eine derart hohe Spannung, die normalerweise weit über 40 bis 50 V liegen muß, führt jedoch zu schlechten Schnittqualitäten. Durch die Regelung in der beschriebenen Weise wird dieses Problem ausgeschaltet.

Es ist nun gezeigt, daß die Steuerung der Breite des Bogenspaltes durch Regelung des Stromes und der Schneidgeschwindigkeit sehr kritisch ist. Das Sägeblatt selbst ist fortwährendem Umfangsverschleiß unterworfen, wodurch seine Konzentrizität verloren gehen kann. Eine Exzentrizität von nur wenigen Zehntel Millimetern kann eine Berührung des Blattumfange s an dem Schnittrinnengrund hervorrufen und die Leistungsversorgung kurzschließen. Darüber hinaus kann eine Verkleinerung des Blattdurchmessers beim Aufschlitzen eines Werkstückes nur bis zur einer Teiltiefe (wie in Fig.6 gezeigt) eine entsprechende Herabsetzung der Schnittrinnentiefe "I^ " ergeben, wenn sie nicht ausgeglichen wird.

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_ 44 —

Für diesen Ausgleich, kann ein Blattumfangs-Sensor 230 an der Antriebseinheit 48 und vorzugsweise an der Blattabdeckung 49 angebracht werden. Dieser Sensor enthält ein Abrollrädchen 223. Das Abrollrädchen ist gegen den Blattumfang hin durch eine Feder 234 vorgespannt und beispielsweise durch einen mit Fluid-Durchgangsöffnungen 240 versehenen Kolben 236 in einem fluidgefüllten Zylinder 238 gedämpft, um ein Flattern des Folgerädchens zu verhindern. Venn der Blattdurchmesser abnimmt, wird die Bewegung des Folgerädchens 223 auf die Achse des Blattes zu einem Transduktor 242 übertragen, der ein Ausgangssignal entsprechend der Blattdurchmesserverringerung erzeugt. Das Ausgangssignal des Transduktors 242 liegt dann an einer Vertikallagesteuerung 244 für das Sägeblatt an, die wiederum ein Steuerventil 246 betätigt, das entweder das Ventil 196 in Fig. 6 sein kann oder nicht, um den Kolben um kleine Beträge anzuheben oder abzulassen, so daß der Blattverschleiß ausgeglichen wird und der Schnittrinnenboden 198 konstant bei der Tiefe "I_x," verbleibt. Das Steuergerät kann außerdem ein Signal an ein Anzeigegerät 248 abgeben, um den augenblicklichen Sägendurchmesser anzuzeigen.

Zusätzlich zu der Durclimesserverringerung des Blattes im Betrieb besteht für den Umfangsbereich 202 des Blattes das Bestreben, sich pilzartig zu verformen, wie es in Fig. 9a gezeigt ist. Dadurch ergibt sich eine effektive Vergrößerung der Plattenstärke und eine Verbreiterung der Schnittrinne, größerer Leistungsverbrauch und eine Änderung der Schnittgeschwindigkeit. Um diese Erscheinung zu verhindern, wird erfindungsgemäß ein Blattkanten-Richtwerkzeug 250 vorgesehen, das ein allgemein U-förmiges Blattkanten-Schneidgerät 252 umfaßt, welches an einer starr angebrachten Zuführwelle 254 befestigt ist. Diese Zuführwelle ist an der Antriebseinheit 48, vorzugsweise an der Sägeblattabdeckung 49 befestigt und durch ein Handrad 256 zu betätigen. Das Kantenschneidwerkzeug ist so ausgelegt, daß sein Querschnitt (Fig. 9) dem nominellen Querschnitt des Blattumfangsabschnittes ent-

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spricht. Auf diese Weise wird der Querschnitt des Umfangsabschnittes des Blattes 8 fortwährend gerichtet und konstant gehalten. Darüber hinaus verhindert das Kantenschneidgerät die Ausbildung von Umfangs-Blattexzentrizitäten infolge eines ungleichen Blattverschleisses oder gegebenenfalls infolge einer exzentrischen Anbringung des Blattes an der Antriebswelle 52.

E¹Xg. 9 zeigt außerdem ein "Vorspannen" des Blattes 8 in eine eingebeulte oder leicht schüsselförmige Gestalt (in übertriebener Iform in der unteren Hälfte der Pig. 9 angezeigt) in der Buhelage des Blattes. Eine solche schüssel-

bei

förmige Gestalt kann/einem flachen Blatt durch Walzen eines Mittelabschnittes des Blattes zwischen zwei Rädern 258 erreicht werden, die wie schematisch dargestellt, gegen das Blatt gedruckt werden. Das Blatt wird so weit vorgespannt, daß es bei Drehung mit der Betriebsgeschwindiglceit, beispielsweise der erwähnten Blattumfangsgeschwindigkeit von 40 m/s. eine ebene 3?orm annimmt.

Es wird in vorstehendem ein Verfahren zum Aufschneiden oder Schlitzen aus Metall bestehender Gegenstände durch Einschmelzen einer schmalen Schnittrinne in den Gegenstand gezeigt, sowie eine Lichtbogen-Sägevorrichtung für dieses Verfahren. Das Verfahren ergibt die Bestimmung des Mindestschwellwertstromes, der zur Einleitung des Schneidvorganges nötig ist. Der normale Schneidstrom ist größer als der Schwellstrom und während der Schnittausführung wird das Blatt durch den Gegenstand mit einer Vorschubgeschwindigkeit geführt, die fortwährend überwacht und verändert wird, wie es zur Aufrechterhaltung des im wesentlichen konstanten Stromflusses zwischen Blatt und Gegenstand erforderlich ist. Die Lichtbogen-Sägevorrichtung ist so aufgebaut, daß Schnitte in drei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen ausgeführt werden können. Das Blatt ist an einem vertikal angeordneten hohlen

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Kolben befestigt, der in einem Zylinder verschieblich angeordnet ist. Der Zylinder ist an einem Kreuz-Kopf befestigt und an diesem beweglich. Der Kolben kann um seine Achse geschwenkt v/erden, um das Blatt in verschiedenen Schneidrichtungen auszurichten. Elektrische Sammelleitungen zur Ilotierung des Blattes erstrecken sich durch das Innere des hohlen Zylinders. Das Blatt selbst ist relativ dünn und leicht so in der Ruhelage vorgespannt, daß es im Betrieb eine flache Gestalt annimmt.

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Claims (32)

1. MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW

   EETECH, IUO. München, den 5, Mai 1978

   Henry Station Road

   Ukiah, California, USA P/J/Sv-E 2151

   Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogenschneiden von metallenen

   Gegenständen

   Pat entansprüche

   1·Werfahren zum Einschneiden einer Schnittrinne in einen me-—'gallischen Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sohneidteil angesetzt wird, daß eine Spannung zwischen den Gegenstand und das Schneidteil angelegt wird, daß das Schneidteil in unmittelbare Nähe des Gegenstandes vorgeschoben wird und daß ein Schwellstrom I_Q zwischen dem Schneidteil und dem Gegenstand zum Übertritt gebracht wird, wobei der Schwellstrom mindestens die Große

   I₀ = a . s . 10⁶ A

   besitzt, wobei

   a eine Konstante im Bereich von zwischen etwa 2 bis etwa 16 und

   s die effektive Oberflächengröße der Schnittrinne (Bogensegmentlänge χ Schnittrinnenbreite) in m ist, so daß ein Schneiden des Objektes durch Auf-

   DR. G. MANITZ · DIPL.-ING. M. FINSTERWALD DIPL.-INC. W. CRAMKOW ZENTKALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

   β MÖNCHEN 32. ROBERT-KOCH-STRASSE I 7 STUTTGART SO. IBAD CANNSTATT) MÖNCHEN, KONTO-NUMMER 72

   TEL. (089) 33 43 Il · TELEX 5-29672 PATMF SEELBERGSTR. 33/35.TEL.(O7II)S6736I POSTSCHECK ι MÖNCHEN 7706 2 -

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   schmelzen des Metalls im wesentlichen unmittelbar nach dem Einsetzen des Stromflusses zwischen dem Schneidteil und dem Gegenstand eingeleitet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schneidstrom I zwischen dem Schneidteil und dem Gegenstand aufrechterhalten wird, der größer als der Wert I_Q ist und daß das Teil in den metallenen Gegenstand mit einer Geschwindigkeit ν vorgeschoben wird, die so ausgewählt ist, daß ein im wesentlicher konstanter Bogenspalt der Breite g zwischen dem Schneidteil und dem Gegenstand aufrechterhalten wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt g durch Überwachen des Stromes I und Anpassen der Geschwindigkeit ν in der Weise, daß I im wesentlichen konstant bleibt, aufrechterhalten wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, cadurch gekennzeichnet, daß die Größe der augenblicklichen Vorschubgeschwindigkeit bestimmt wird durch:

   ν = m/s,

   Il

   wobei

   J = die Stromdichte in A/m zwischen dem Gegenstand und dem Schneidteil,

   6 ρ
   Jq= a . 10 A/m zwischen dem Schneidteil und dem

   Gegenstand und
   M ~ ■ ist, und

   ein Schritt Zuwachs der Stromdichte in A/m und ν = ein sich aus Δ J ergebender SchrittZuwachs der Geschwindigkeit ν in m/s ist.

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5. 5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß ein Teil des Gegenstandes und ein Teil des Schneidteiles, und zwar jeweils die Teile,zwischen denen der Übergang des elektrischen Stromes erfolgt, unter Wasser getaucht wird.
6. "6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß eine Spannung im Bereich von zwischen etwa 15 his 45 V angelegt wird.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch g e kennzeichnet , daß der Gegenstand in einer ReIativlage zum Schneidteil angeordnet wird, daß eine Wassermenge unterhalt des Gegenstandes angeordnet wird und daß die Wassermenge dadurch angehoben wird, daß eine Luftmenge in die Wassermenge eingedrückt wird und daß die Luftmenge in der Wassermenge solange gehalten wird, bis der Schnitt durch den Gegenstand vollendet ist.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7j dadurch gekennzeichnet, daß die Luftmenge nach der Beendung des Schnittes durch den Gegenstand ausgelassen wird, um dadurch die Wassermenge unter den Gegenstand abzusenken.
9. 9· Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Sägeteil so vorgespannt wird, daß es in Ruhelage eine leicht schüsseiförmige Gestalt aufweist und daß das Sägeteil mit solcher Geschwindigkeit während des Schneidens des Gegenstandes gedreht wird, daß sich sein Umfang so verlängert, daß es eine ebene Gestalt annimmt.
10. 10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß-das Sägeteil in einer solchen Richtung gedreht wird, daß sein Umfang aus der

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    geschnittenen Schnittrinne in dem Gegenstand dort austritt, wo die Schnittrinne gerade einzuschneiden "begonnen wird.
11. 11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß "beim Vorschieben die Vorschubgeschwindigkeit, mit der der Gegenstand und das Sägeteil gegeneinander verschoben werden, intermittierend verändert wird.
12. 12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß zumindestens zeitweise ein Umfangsabschnitt des Sägeteiles gerichtet wird, während es auf den Gegenstand vorgeschoben wird, um einen im wesentlichen konstanten Querschnitt am Umfangsabschnitt des Sägeteils aufrechtzuerhalten.
13. 13· Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der effektive Umfangsdurchmesser des Sägeteiles fortlaufend überwacht wird und daß die Relativlage zwischen dem Sägeteil und dem Gegenstand entsprechend den Änderungen des effektiven Umfangsdurchmessers verändert wird, und daß dadurch die Tiefe, bis zu der das Sägeteil in den Gegenstand einschneidet, im wesentlichen konstant gehalten wird.
14. 14. Vorrichtung zum Schneiden einer Sägerinne in einen metallenen Gegenstand, dadurch gekennzeichnet , daß ein elektrisch leitfähiges Sägeblatt und eine Einrichtung zur Drehung des Sägeblattes um seine Achse vorgesehen ist, daß eine Energiequelle wirksam mit dem Sägeblatt und dem Gegenstand so verbunden ist, daß ein hoher Strom zwischen ihnen fließen kann, daß eine Vorschubeinrichtung zum Vorschieben des Sägeblattes auf den Gegenstand hin und in diesen hinein vorgesehen ist, während die Energiequelle einen

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    Stromfluß zwischen diesen erzeugt, daß eine Einrichtung zum Überwachen des Stromflusses zwischen Sägeblatt und Gegenstand vorgesehen ist und daß eine mit der Überwachungseinrichtung und mit der Vorschubeinrichtung wirksam verbundene Steuereinrichtung zur Veränderung der Blattvorschubgeschwindigkeit als Punktion des überwachten Stromflusses vorgesehen ist, um den Stromfluß während des Schneidens der Schnittrinne im wesentlichen konstant zu halten.
15. 15· Vorrichtung nach Anspruch 14-, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuereinrichtung eine Einstelleinrichtung zum Einstellen eines gewünschten Stromflusses zum Schneiden der Schnittrinne umfaßt.
16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuereinrichtung einen wirksam mit der Einstelleinrichtung und der Überwachungseinrichtung zur Erzeugung eines Komparatorsignals in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem durch die Überwachungseinrichtung augenblicklich erfaßten Stromfluß und dem eingestellten Stromfluß verbundenen Komparator und eine auf das Komparatorsignal reagierende Einrichtung zur Erzeugung eines Geschwindigkeitssteuersignals umfaßt, wobei das Geschwindigkeitssteuersignal auf die Vorschubeinrichtung zum Wechseln der Blattvorschubgeschwindigkeit einwirkt, bis der eingestellte Stromfluß im wesentlichen dem augenblicklich erfaßten Stromfluß entspricht.
17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuereinrichtung einen Leistungsverstärker umfaßt.
18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich net, daß die Steuereinrichtung einen lehlerverstärker umfaßt, der das Komparatorsignal aufnimmt und eine Einrich-

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    tung enthält, um das Kompaisborsignal elektrisch, so zu kompensieren, daß außerordentliche Komparatorsignal- und Vorschubsteuersignaloszillationen vermieden werden und die Kontrolleinrichtung stabil ist.
19. 19· "Vorrichtung nach Anspruch 14-, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um beim Schneiden der Sägerinne diese unter Wasser zu setzen.
20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Unterwassersetzen einen Wassertisch mit Montagevorrichtungen für den Gegenstand, einen unterhalb des Wassertisches angeordneten Gas-Wassertank mit mindestens einem obersten gasdichten Abschnitt, eine einen Durchtritt zwischen dem Wassertisch und einem unteren Abschnitt des Tanks bildende Einrichtung, deren unterer Abschnitt zur Aufnahme einer Wassermenge geeignet ist und eine Einrichtung zum Eindrücken von Druckgas in den obersten Tankabschnitt umfaßt, wodurch das unter Druck stehende Gas das in dem unteren Tankabschnitt vorhandene Wasser durch den Durchtritt zu dem Gegenstand drückt und damit die Schnittrinne unter Wasser setzt.
21. 21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß Ventileinrichtungen zum wahlweisen Einlassen von unter Druck stehendem Gas in den oberen Tankabschnitt und zum Auslassen des unter Druck stehenden Gases aus dem obersten Tankabschnitt vorgesehen sind, so daß nach dem Auslassen des unter Druck stehenden Gases aus dem obersten Tankabschnitt das die Schnittrinne überflutende Wasser über den Durchtritt zum unteren Tankabschnitt zurückkehrt.

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22. 22. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung zum Anbringen des Blattes vorgesehen ist, die eine erste Einrichtung zum Bewegen des Blattes in einer vertikalen Z-Richtung, eine zweite Einrichtung zum Bewegen des Blattes an einer horizontalen X-Richtung und eine dritte Einrichtung zum Bewegen des Blattes in einer horizontalen Y-Richtung umfaßt.
23. 25· Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der drei Einrichtungen einen doppelt wirkenden Hydraulikzylinder umfaßt.
24. 24-. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens eine der drei Einrichtungen einen Zahnstangenantrieb und eine Spielfrei- Einrichtung umfaßt, wobei die Spielfrei - Einrichtung an der Zahnstange anliegt und dem Zahnritzel entgegenwirkt, um das Spiel des Zahnstangenantriebes aufzunehmen.
25. 25. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß eine vierte Einrichtung zum Schwenken des Blattes um einen Winkel von mindestens 90° um eine senkrecht zu seiner Drehachse stehende Achse vorgesehen ist.
26. 26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet , daß die Schwenkeinrichtung ein rohrförmiges Teil umfaßt, dessen erstes Ende die Blattrotiereinrichtung trägt und daß das rohrförmige Teil um seine Achse drehbar ist und einen Teil einer der erstgenannten drei Einrichtungen bildet.
27. 27. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Energiequelle so aufgebaut ist, daß eine Stromdichte J = A . 10⁶ A/m^ erzeugt werden kann, wobei ein Lichtbogenspalt zwischen einem Um-

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    ~~ ο ■■■

    fang des Schneidteiles und einem Boden der Schnittrinne im Bereich von wenigen Zehntel Millimeter erzeugt werden kann, wobei "a" eine Konstante im Bereich von etwa 2 "bis etwa 16 ist.
28. 28. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuereinrichtung eine Einrichtung umfaßt, die die Schneidstromdichte bei dem Wert
29. hält, wobei
30. ΔJ = der Schrittzuwachs (in A) des Stromes, ν = die Blattvorschubgeschwindigkeit in m/s,
31. ^v = der durch den Schritt Zuwachs Δ J" entstehende SchrittZuwachs der Blattvorschubgeschwindigkeit ν in m/s ist, wodurch die Schneidrinne mit der größtmöglichen Geschwindigkeit in bezug auf den Strom, der durch die Energiequelle erzeugt werden und durch das Blatt und den Gegenstand aufgenommen werden kann, geschnitten wird.
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