DE3024338A1

DE3024338A1 - Verfahren und vorrichtung fuer das schneiden von nichtmetallischen stoffen mittels plasma-bogens

Info

Publication number: DE3024338A1
Application number: DE19803024338
Authority: DE
Inventors: Marin Georgiev Dipl.-Ing. Beloev; Vladimir Panajotov Dipl.-Ing. Chlebarov; Dimiter Atanassov Dipl.-Ing. Dimitrov; Dimo Todorov Garlanov; Nikolaj Janev Dipl.-Ing. Varna Nikov; Ivan Stojanov Sofija Savov; Ivan Vassilev Dipl.-Ing. Sofija Vangelov
Original assignee: NPK za Kontrolno Zavarachni Raboti
Current assignee: NPK za Kontrolno Zavarachni Raboti
Priority date: 1980-06-27
Filing date: 1980-06-27
Publication date: 1982-01-21
Also published as: US4691090A; CH649487A5

Description

SCHIFF ν. FüNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS FINCK

BESCHREIBUNG

Die Erfindimg betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Schneiden von nichtmetallischen Stoffen mittels Plasma-Bogens, anwendbar beim Schneiden von Betonplatten, Großbauplatten u.a.

Bekannt ist ein Verfahren für das Schneiden von nichtmetallischen Stoffen, bei dem der zu bearbeitende Stoff der mechanischen Wirkung einer rotierenden und sich fortschreitend bewegenden Diamantscheibe unterzogen wird.

Ein Nachteil dieses Verfahrens ist die aufwendige und verhältnismäßig schnell verschleißbare Diamantscheibe.

Bekannt ist ferner ein Verfahren für das Schneiden mittels Plasma und die Bearbeitung von nichtmetallischen Stoffen, bei dem der in einem Plasmatron erzeugte Plasmabogen zwischen einer Elektrode als Kathode und einer von plasmabildendem Gas umspülten Düse als Anode_; brennt, wobei das Gas in die Brennkammer des Plasmatrons unter Druck eingegeben wird. Als Ergebnis wird im Düsenkanal ein kontrahierter Plasmabogen und eine aus der Düse ausfließende Plasmafackel erzeugt. Im der Einwirkung der Plasmafackel unterzogenen Material wird dadurch ein Schnitt ausgeführt.

Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht in der Ausführung des Schneidevorgangs mit einem indirekten Bogen, wodurch der wirtschaftliche Faktor des Vorgangs wesentlich vermindert wird, eine breite wärmebeeinflußte Zone zustande kommt und im Stoff Risse u.a. Fehler entstehen.

Der gemeinsame Nachteil der bekannten Verfahren für das Schneiden von nichtmetallischen Stoffen ist ihre niedrige Leistung, hervorgerufen durch die geringe Schnittgeschwindigkeit.

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Bekannt ist eine Vorrichtung für das Schneiden mittels Plasma von nichtmetallischen Stoffen, bestehend aus einem auf einer Stange befestigten Plasmatron, wobei die Stange an einem sich bewegenden Träger angebaut ist- Das Plasmatron besteht aus einer zentralen Elektrode als Kathode, auf der ein Isolator angebracht ist, der seinerseits ein Gehäuse trägt, dessen vorderes Ende als Düse ausgebildet ist. Am Gehäuse sind drei Stutzen angebaut für die Eingabe von plasmabildendem Gas, Kühlwasser und elektrischem Strom.

Ein Nachteil dieser Vorrichtung ist.das Fehlen einer Möglichkeit für eine direkte Wirkung des im Plasmatron erzeugten Plasmabogens und des zu schneidenden nichtmetallischen Stoffes, wie dies beim Schneiden mittels Plasma von metallischen Werkstoffen der Fall ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung für den Schnitt mittels Plasma von nichtmetallischen Stoffen unter Einsatz des direkten kontrahierten Hochtemperaturplasmabogens als Schneidewerkzeug zu schaffen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, bei dem unter dem zu schneidenden Stoff eine zusätzliche umschmelzbare Elektrode als Anode angebrscht ist, wobei der Plasmabogen zwischen der Letzteren und der Kathode brennt. Auf der sich bewegenden zusätzlichen umschmelzbaren Elektrode als Anode wird die Stützfläche des kontrahierten Plasmabogens zwangsläufig versetzt. Dadurch wird der Bogen in der Länge größer als die Stärke des zu schneidenden Stoffes und im Raum mib dem Plasmatron und der zusätzlichen Elektrode zusammen verschoben, wodurch im Stoff ein Schnitt zustande kommt.

Diese Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung gelöst, bestehend aus einem Plasmatron, an dem eine Zahnstange in Winkelform befestigt ist. über die Zahnstange ist ein Übergangsisolationsring gestülpt, an dem feststehend ein winkel- oder U-fÖrmiges Metallstück angebracht ist, in dem Kühlungskanäle ausgeführt sind. An dem Isolierring ist eine Scheibe für seine Verschiebung auf der Zahnstange angebaut. Am unteren Teil des erwähnten

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Metallstückes ist eine zusätzliche unschmelzbare Elektrode als Anode aufgebaut. Rechtwinkelig zur Zahnstange ist ein Schaft befestigt, durch den die Stange mit dein Antrieb der gesamten Vorrichtung in Verbindung steht.

Die zusätzliche unschmelzbare Elektrode als Anode kann zweierlei Ausführungsvarianten aufweisen. Bei der ersten Variante besteht sie aus einem Rohr mit Verstärkung. An einem Ende ist das Rohr durch eine Mutter mit einem Zylinder verbunden, mit einer Übertragungsscheibe an seiner Außenfläche. Im Zylinder ist eine zum Rohr koaxiale Achse gelagert, an der ein Eingangsstutzen angebaut ist. Die Achse ist feststehend an einem sich bewegenden Ständer befestigt. Außerdem ist am Ständer eine Graphitelektrode, an der Außenfläche des Zylinders abgestützt, angebaut.

Bei der zweiten Ausführungsvariante besteht die zusätzliche unschmelzbare Elektrode aus einem Zylinder, an dessen Außenfläche eine Übertragungsscheibe, mit einer Graphitelektrode verbunden, ausgebildet ist. Am einen Ende des Zylinders ist ein Innengewinde ausgeführt, an dem ein wassergekühlter, zum Zylinder mit einer Kontermutter gesicherter Kopf geschraubt ist. Der erwähnte Zylinder weist einen unterschiedlichen Innendurchmesser auf. Am anderen Ende des Zylinders ist eine am einen Ende mit unterschiedlichem Außendurchmesser ausgeführte Achse gelagert, die quer liegende Bohrungen zwischen den verschiedenen Durchmessern aufweist. In der Achse ist ein Rohr konzentrisch angebracht, wobei die Achse und das Rohr in einem kurzen, am Metallstück befestigten Zylinder montiert sind. Im kurzen Zylinder sind querliegende Bohrungen ausgeführt.

Die Vorteile des Verfahrens und der Vorrichtung bestehen im Folgenden:

Sie gestatten das Schneiden von nichtmetallischen Stoffen mit einer Wärmequelle, die eine hohe Konzentration der Wärmeenergie aufweist: der Säule des elektrischen kontrahierten Plasmabogens, ausgetragen und zwangsläufig längsgezogen. Es werden hohe Schnittgeschwindigkeiten, verschiedene Formen der zu schneidenden

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Teile sowie eine gute Qualität der Schnittflächen erzielt.

Die Vorrichtung gestattet die Bildung von Plasmabogen mit verschiedener Länge und Leistung in Abhängigkeit von der Stärke des zu schneidenden Stoffes. In dieser Weise wird der Schnittvorgang von nichtmetallischen Stoffen dem Plasmaschnitt von Metallen analog.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 Schema der Vorrichtung,
Fig. 2 Ansicht A von Fig. 1

Fig. 3 Längsschnitt der zusätzlichen unschmelzbaren Elektrode als Anode, erste Ausführungsvariante,

Fig. 4 Längsschnitt der zusätzlichen unschmelzbaren Elektrode als Anode, zweite Ausführungsvariante.

Die Vorrichtung besteht aus einem Plasmatron 1 zum Schneiden, an dessen Gehäuse 2 eine winkelförmige Zahnstange 4 befestigt ist. Das Plasmatron 1 ist durch Versorgungskabel 3 mit einer Stromquelle 7 verbunden. An der Zahnstange 4 ist ein Isolierübergangsring 6 mit Scheibe 5 angebaut, wobei die Scheibe 5 die Vorschubbewegung des Isolierübergangsrings 6 auf der Zahnstange 4 bewirkt. An dem Isolierübergangsring 6 ist feststehend ein Metallstück 8 angebracht, in dem Kühlungskanäle ausgeführt sind, wobei es eine Winkel- oder U-Form aufweisen kann. Im unteren Teil des Metallstücks 8 ist eine zusätzliche unschmelzbare Elektrode als Anode 11 montiert. Durch ein Kabel 9 ist das Metallstück mit der Stromquelle verbunden. Auf demselben sind auch Kühlrohre 10 befestigt. Rechtwinkelig zur Zahnstange 4 ist der mit dem Antrieb der gesamten Vorrichtung verbundene Schaft 14 angebracht.

Die zusätzliche unschmelzbare Elektrode als Anode 11 kann in zwei Varianten ausgeführt werden.

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Bei der ersten Variante besteht sie aus einem Rohr 18, an dessen einem Ende eine Verstärkung 20 angebracht ist. Das andere Ende des Rohres 18 ist durch die Mutter 19 mit dem Zylinder 17 verbunden, an dessen Außenfläche eine Übertragungsscheibe ausgebildet ist. Im Zylinder 17 ist eine zum Rohr 18 koaxiale Achse 16 gelagert. Die Achse 16 ist an einem Ständer 22 befestigt, an dem eine Graphitelektrode 21 montiert ist. Außerdem ist an der Achse 16 ein Eingangsstutzen 15 eingebaut. Symmetrisch zur Achse 16 ist am anderen Ende des Rohrs 18 eine weitere in der Zeichnung nicht dargestellte Achse angebaut, an der der Ausgangsstutzen liegt.

Die zusätzliche unschmelzbare Elektrode als Anode 11 besteht in der zweiten Ausführungsvariante aus einem Zylinder 25, an dessen Außenfläche eine Übertragungsscheibe, verbunden mit einer Graphitelektrode 28, ausgebildet ist. Am vorderen Ende des Zylinders 25 ist ein gekühlter Metallkopf 27 angeschraubt, der zum Zylinder 25 durch eine Kontermutter 26 gesichert ist. Im anderen Ende des Zylinders 25 ist eine, mit wechselndem Außendurchmesser am einen Ende ausgeführte Achse 29 gelagert, die querliegende Bohrungen zwischen den verschiedenen Durchmessern aufweist. An der Achse 29 ist ein Rohr 24 konzentrisch angebracht, wobei diis Achse 29 und das Rohr 24 an einem kurzen Zylinder 23, befestigt am Metallstück 8 und mit querliegenden Bohrungen versehen, montiert sind.

Die für die Realisierung des Verfahrens eingesetzte Vorrichtung wirkt folgendermaßen:

Das Plasmatron 1 zum Schneiden wird durch die Versorgungskabel 3 mit der Stromquelle 7 verbunden. Danach wird das Metallstück 8 durch das Kabel 9 mit der Stromquelle 7 verbunden, wodurch an die zusätzliche unschmelzbare Elektrode als Anode 11 Spannung angelegt werden kann. Durch das Plasmatron 1 und die Kühlungskanäle des Metallstücks 8 wird Kühlwasser gelassen. Durch den Schaft 14 wird die Vorrichtung mit dem Antrieb verbunden. Danach erfolgt das Zünden des Dauerbogens des Plasmatrons 1 und

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duroh die Scheibe 5 das Anheben der zusätzlichen unschmelzbaren Elektrode als Anode 11 zur Düse des Plasmatrons 1. Dann wird der Plasmabogen 12 angezündet, und seine Stützfläche auf die zusätzliche unschmelzbare Elektrode als Anode 11 übertragen. Durch ein Drehen der Scheibe 5 wird die zusätzliche unschmelzbare Elektrode als Anode vom Plasmatron 1 entfernt, wodurch der Plasmabogen zwangsläufig bis zur erforderlichen Länge gezogen wird. Es folgt ein Annähern der Vorrichtung an den zu bearbeitenden nichtmetallischen Stoff 13_f der zwischen die Düse des Plasmatrons 1 und die zusätzliche unschmelzbare Elektrode als Anode 11 eingegeben wird. Bei Berührung der Seitenwand des zu bearbeitenden nichtmetallischen Stoffes 13 durch den Plasmabogen 12 wird die Leistung des Plasmatrons 1 beansprucht und die Vorrichtung in Gang gesetzt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1.) "Verfahren für das Schneiden von nichtmetallischen Stoffen mittels Plasma, bei dem der zu bearbeitende nichtmetallische Stoff der Einwirkung eines Plasma-Bogens unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zu bearbeitende Stoff (13) zwischen dem Plasmatron (1) und einer zusätzlxchen unschmelzbaren Elektrode als Anode (11) eingegeben wird, indem der Plasma-Bogen (12) bis zur erforderlichen Länge gezogen wird, wobei der zu bearbeitende nichtmetallische Stoff (13) der direkten Einwirkung des Plasma-Bogens (12) unterzogen wird.

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2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche unschmelzbare Elektrode als Anode (11) in Rotationsbewegung gesetzt wird.

3. Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, bestehend aus einem mit direktem Plasma-Bogen funktionierenden Plasmatron, dadurch gekennzeichnet , daß am Gehäuse (2) des Plasmatrons (1) eine winkelförmige Zahnstange (4) befestigt ist und an der Zahnstange (4) ein Isolierungsübergangsring (6) mit Scheibe (5) montiert ist, indem am Isolierungsübergangsring (6) ein Metallstück (8) angebracht ist, in dem Kühlkanäle ausgeführt sind, und an seinem unteren Ende eine zusätzliche unschmelzbare Elektrode als Anode (11) angebaut ist, wobei rechtswinkelig zur Zahnstange (4) ein Schaft (14) befestigt ist, der mit dem Antrieb der gesamten Vorrichtung in Verbindung steht-.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Metallstück (8) eine Winkel- oder U-Form aufweist.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die zusätzliche unschmelzbare Elektrode als Anode aus einem Rohr (18) besteht, an dessen einem Ende eine Verstärkung (20) angebracht ist, und sein anderes Ende durch eine Mutter (19) mit einem Zylinder (17) verbunden ist, an dessen Außenfläche eine Übertragungsscheibe ausgebildet ist,

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und im Zylinder (17) eine zum Rohr (18) koaxiale Achse (16) gelagert ist, "befestigt am Ständer (22), indem am Ständer (22) eine Graphitelektrode (21) angebaut ist, wobei in der Achse (16) ein Eingangsstutzen (15) montiert ist.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche unschmelzbare Elektrode als Anode aus einem Zylinder (25) besteht, an dessen Außenfläche eine Übertragungsscheibe ausgebildet ist, verbunden mit einer Graphitelektrode (28), und im vorderen Ende des Zylinders (25) ein gekühlter Metallkopf (27) verschraubt ist, zum Zylinder (25) durch eine Kontermutter (26) gesichert, und am anderen Ende des Zylinders (25) eine mit wechselndem Außendurchmesser am einen Ende ausgeführte Achse (29) gelagert ist, die querliegende Bohrungen zwischen den verschiedenen Durchmessern aufweist, wobei in der Achse (29) ein Rohr (24) konzentrisch angebracht ist, indem die Achse (29) und das Rohr (24) in einem kurzen Zylinder (23), befestigt am Metallstück (8) und mit querliegenden Bohrungen versehen, montiert sind.

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