-
Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrischen Unterwasser-Lichtbogenschneiden
eines eingetauchten metallischen Gegenstandes nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 10.
-
Das am häufigsten eingesetzte Unterwasser-Elektrolichtbogen-Schneidverfahren
ist das Sauerstofflichtbogen-Verfahren, bei dem der Lichtbogen zwischen
der Elektrode und dem Werkstück
errichtet wird. Gleichzeitig wird ein Sauerstoff-Gasstrom in den
Lichtbogen eingeblasen. Das Schneidverfahren ist ungenau und führt zu einer
rauhen Schneidspur. Sauerstoffgas-Blasen vermindern die Sicht des
Benutzers und ferner erzeugt die Verwendung von Sauerstoff Sicherheitsunfälle. Ferner
gibt es Anlaß, über die
Nachteile zu berichten, die sich auf das Verfahren beziehen und
darin liegen, daß Gasbehälter und
-schläuche
in enger Nähe
zu dem Gegenstand transportiert werden müssen, welcher oft in nicht
leicht zugänglichen
und sogar gefährlichen Orten
gelegen ist. Ferner erzeugen ein Schweißbrenner und Sauerstoff zusammen
ein erhebliches Entzündungsrisiko
und Gefahrenpotential und die Wahrscheinlichkeit von Unfällen steigt
signifikant an, wenn Sandwich-Platten geschnitten werden, wodurch
das Risiko besteht, daß sich
Gastaschen und Explosionen entwickeln.
-
Das US-Patent 4,842,154 offenbart
eine elektrische Lichtbogenschneidvorrichtung, bei der ein Drehscheibeneinheit
längs eines
Werkstücks
bewegt wird, das schmilzt, wobei die Drehbewegung der Scheibe das geschmolzene
Material von dem Werkstück
entfernt. Das Hauptproblem mit dieser Technik bezieht sich auf Sicherheitsgefahren
der sich drehenden Scheibe und auf den Umstand, daß sich entwickelnde
Wärmespannungen
dazu neigen, das zu schneidende Werkstück zu verbiegen, wobei die
Scheibe dazu neigt, sich an dem Werkstück anzulegen. Ferner ist es
bei dem Scheiben-Lichtbogenschneidverfahren nicht möglich, Löcher oder dergleichen
im Werkstück
zu erhalten. Das Schneiden durch eine Scheibe ist so gemeint, daß nur gerade
und kurze Schnitte vorgenommen werden und das Verfahren eignet sich
hauptsächlich
zum Schneiden von kleinen Gegenständen, wie Streifen, Ketten,
Pfeifen etc.
-
In dein Artikel von Heinrich-Günter Schafstall
und Rolf Schaefer in "Schweißen und
Schneiden, Jahrgang 31 (1979), Heft 12, Seiten 516 - 524 - Schneiden
unter Wasser - Entwicklungsaktivitäten für die Meerestechnik" ist ein Verfahren
zum Unterwasser-Lichtbogenschneiden
beschrieben, in welchem die Elektrode in axialer Richtung hin- und
herbewegt wird. Eine Drehbewegung der Elektrode um ihre Längsachse
ist hingeben nicht offenbart Bei diesem bekannten Verfahren ist
die Elektrode während
des Lichtbogen-Schneidens
einem beträchtlichen
Verbrauch unterlegen.
-
Aus der
GB 1 485 998-A ist eine Verfahren
und eine Vorrichtung zum Lichtbogenschneiden bekannt, wobei die
Vorrichtung eine durch einen Motor angeregte schwingende Elektrode
aufweist. Eine weitere Lichtbogenschneide-Vorrichtung mit einer
schwingenden Elektrode ist aus der
US
4,259,562 sowie aus der
US 2,852,658 bekannt.
Eine Vorrichtung zum Unterwasser-Lichtbogenschneiden ist in der
US 4,172,974 beschrieben.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
liegt darin, ein neues Lichtbogenschweiß-Verfahren und -Vorrichtung
anzugeben, die für
Unterwasser-Arbeiten geeignet sind, wobei die Vorrichtung sicher,
leicht zu benutzen und genau ist und es durch sie möglich ist,
einen sehr sauberen Schnitt von beliebiger Form zu liefern. Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Lichtbogenschneid-Vorrichtung
anzugeben, die, wenn vom Gegenstand entfernt, sich automatisch in
einen betriebslosen Zustand bringt.
-
Erfindungsgemäß werden die obigen ziele erreicht
durch das Verfahren und die Vorrichtung, die eingangs erwähnt wurden,
wobei die kennzeichnenden Merkmale davon in den angehängten Ansprüchen offenbart
sind. Vorteilhafte weiterbildungen sind in den Unteranschprüchen dargestellt.
-
Somit ist die vorliegende Erfindung
gegründet
auf die neue und geniale grundlegende Einsicht, daß in dem
erfindungsgemäßen Verfahren
eine wenigstens um ihre Längsachse
sich drehende Elektrode in einen Lichtbogenzünd-Kontaktabstand von einem
Lichtbogen zu schneidenden Gegenstand gebracht wird, wonach die
Elektrode seitlich in einem gewünschten
Orientierungswinkel und Tiefe des Lichtbogenschneidens längs einer
gewünschten
Lichtbogenschnitt-Linie verschoben wird, und daß die erfindungsgemäße Vorrichtung
ein manuell und/oder mechanisch manipulierbares Lichtbogenschneid-Werkzeug
ist, das aufweist: einen Rahmen; eine mit einer Stromquelle über eine
Kontakteinrichtung verbindbare langgestreckte Elektrode; eine Einrichtung
in dem Rahmen, um während
des Lichtbogenschneid-Verfahrens die Elektrode zu wenigstens einer Drehbewegung
bezüglich
ihrer Längsachse
zu veranlassen, wodurch die Elektrode in einem Lichtbogenzünd-Kontaktabstand von
dem im Lichtbogen zu schneidenden Gegenstand bringbar ist und im
wesentlichen seitlich längs
einer gewünschten
Lichtbogenschneid-Linie beweglich ist, wobei die Elektrode als eine
Lichtbogenschneid-Komponente dienen kann und der Lichtbogen wenigstens
in einem Abschnitt eines Umfangs der Elektrode wirken kann.
-
Unter den hervorstechendsten Vorteilen
der vorliegenden Erfindung kann unter anderem erwähnt werden,
daß der
Schneidprozeß gesteuert
wird. Aufgrund der Technik der Vorrichtung kann der Fahrer leicht
ohne Sicherheitsrisiken arbeiten im Vergleich zur Unterwasser-Schneidarbeit
und der Technik von heute. Der Schnitt ist gesteuert und steuerbar.
Der Schnitt ist äußerst sauber.
Zusätzlich
ist es möglich,
die gewünschten
Formen oder Kanten (Bearbeitung) bereitzustellen entweder durch
Verwendung einer geformten Elektrode, wodurch das Werkzeug in einer
stationären
Position bewegt werden kann, oder durch Neigen des Werkzeugs auf
den gewünschten
Winkel.
-
Die Vorrichtung kann verwendet werden,
nur um Löcher
zu machen. In diesem Fall dringt die Elektrode durch das zu durchlöchernde
Material hindurch und macht ein Loch ihrer Größe oder gewünschtenfalls von größeren Abmessungen.
-
Das Schneiden kann an einem beliebigen
Punkt begonnen werden, z.B. in der Mitte einer zu schneidenden Platte.
Die Vorrichtung wird auf die Platte gebracht. Die Elektrode wird
durch die Platte gepreßt
und es wird möglich,
das Schneiden der gewünschten
Figur zu beginnen.
-
Die Vorrichtung ist geeignet für und ermöglicht die
Mechanisierung des Unterwasser-Lichtbogenschneidens,
z.B. in einem Roboter, wie in den obigen Oberflächen-Bedingungen.
-
Die Schnitte sind leicht in allen
Positionen auszuführen.
Auf der Basis der Drehung der Elektrode und Schneidformen fällt die
auszustoßende
Schmelze in extrem kleinen "Bällen" von etwa 0,3 bis
2 mm aus. Diese kleinen Schmelzteilchen bilden kein Risiko für den Taucher,
da die Schmelze schnell abkühlt.
-
Es ist möglich, einen Schnitt mit der
Form eines Kreises oder Rechtecks oder einer anderen Form schnell
und in sauberer und sicherer Weise vorzunehmen.
-
Da keine Gase in dem Schneidverfahren
verwendet werden treten Blasen oder andere sichtbare Hindernisse
dieser Art nicht auf. Der Taucher ist in der Lage, das Schneidverfahren
klar zu jeder Zeit wie beim Lichtbogenschneid-Verfahren anzuschauen,
das in Bedingungen über
der Oberfläche
ausgeführt
wird. Es besteht auch keine Gefahr einer Gas- oder Druckexplosion,
da keine Gase verwendet werden, wie z.B. beim Sauerstoff-Lichtbogenschneiden.
Die Vorrichtung ist wassergetrieben. Da keine Öl-Hydraulik verwendet wird,
ist die Vorrichtung kostengünstig
und ökologisch
günstig.
Die Kühlung
ergibt sich durch das antreibende Wasser.
-
Die Vorrichtung ist sehr sicher im
Vergleich zu heute im Gebrauch befindlichen Vorrichtungen. Es bestehen
keine Risiken, die durch Gasnachteile oder sich drehende große Scheiben
verursacht werden, die die Schläuche
schneiden oder den Mantel schlitzen. Der Taucher kann die Vorrichtung
zu jeder Zeit steuern, da sichtbare Hindernisse nicht auftreten,
und auch die Kraft der Vorrichtung so groß ist, daß sie nicht von den Händen des
Tauchers "wegbrechen" kann und Schaden
verursachen würde.
-
Auf der Grundlage ihrer Technik ist
die Vorrichtung sehr klein bemessen und leicht, leicht zu benutzen, leicht
zu warten, weist wenige sich verbrauchende oder zerbrechliche Teile
auf, ist ökonomisch
herzustellen, und leicht zu handhaben für unterschiedliche Arten von
Arbeiten ohne bemerkenswerte Modifikationen.
-
Die Erfindung ist im folgenden in
detaillierterer Weise beschrieben durch bestimmte bevorzugte Ausführungsformen,
die sich auf die angehängten
Zeichnungen beziehen, wobei
-
1a eine
Phase des Lichtbogenschneid-Verfahrens gemäß der Erfindung erläutert, wobei
die erfindungsgemäße Vorrichtung
in enge Nähe
zum Gegenstand gebracht wurde und der Lichtbogen zur Zündung gebracht
wird,
-
1b erläutert eine
Phase des Lichtbogenschneid-Verfahrens gemäß der Erfindung,, wobei die
Elektrode durch die lichtbogenzuschneidende Metallplatte hindurchgebracht
und die Elektrode seitlich bewegt wird,
-
2 ist
eine teilweise Schnittansicht der Vorrichtung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
-
3 ist
eine teilweise Schnittansicht der Vorrichtung gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
-
4 erläutert einen
bevorzugten Aufbau für
die Elektrode, der geeignet ist, an die erfindungsgemäße Vorrichtung
angepaßt
zu werden,
-
5 erläutert einen
weiteren bevorzugten Aufbau für
die Elektrode, der geeignet ist, an die erfindungsgemäße Vorrichtung
angepaßt
zu werden,
-
6 ist
eine Schnittansicht einer Elektrode, die geeignet ist, an die erfindungsgemäße Vorrichtung angepaßt zu werden,
-
7 ist
eine Schnittansicht einer zweiten Elektrode, die zur Anpassung an
die erfindungsgemäße Vorrichtung
geeignet ist,
-
8 ist
eine Schnittansicht einer dritten Elektrode, die zur Anpassung an
die erfindungsgemäße Vorrichtung
geeignet ist,
-
9 ist
eine Schnittansicht einer vierten Elektrode, die zur Anpassung an
die erfindungsgemäße Vorrichtung
geeignet ist.
-
Es wird Bezug genommen auf 1a und 1 b und das erfindungsgemäße Verfahren
wird beschrieben insbesondere zum Lichtbogenschneiden von Unterwasser-Metallplatten
und/oder Aufbauten mit Hilfe eines elektrischen Lichtbogens. In
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird ein wünschenswerter
Schnitt einer bevorzugt langgestreckten Elektrode 1, die
um ihre Längsachse
sich dreht, sich axial zurück-
und vorbewegt und/oder schwingt und mit einer geeigneten elektrischen
Stromquelle verbunden ist, in einen Lichtbogenzünd-Kontaktabstand von einem
Gegenstand 2 gebracht, der lichtbogenzuschneiden ist, und
zum Verfestigen bzw. Materialisieren des Lichtbogenschnitts wird
die Elektrode 1 im wesentlichen seitlich in einer gewünschten Winkelorientierung
und Lichtbogenschneid-Tiefe längs
einer gewünschten Lichtbogenschneid-Linie
derart verschoben, daß der
die Schmelze verursachende Lichtbogen wenigstens in einem Abschnitt
der Elektrodenperipherie 3 wirkt.
-
In Abhängigkeit von einem gewünschten
Startpunkt für
das Lichtbogenschneiden wird die Elektrode 1 in der wünschenswerten
Winkelorientierung auf eine gewünschte
Lichtbogenschneid-Tiefe gebracht, wobei entweder die Elektrodengabel 4 oder
der Elektrodenrand 3 vorn liegt, wobei das Lichtbogenschneiden
unmittelbar über
der gewünschten
Tiefe durch seitliches Verschieben der Elektrode 1 begonnen
werden kann. Wenn das Lichtbogenschneiden von einer Kante einer
Platte beginnen soll, wird die Elektrode zu dem Gegenstand 2 gebracht,
wobei der Rand 3 vorn liegt. Wenn das Lichtbogenschneiden
von der Mitte der Platte beginnen soll, beispielsweise zur Herstellung
eines Lochs, wird die Elektrode 1 auf einen gewünschten
Punkt gebracht, wobei die Gabel vorn ist und wird mit der vornliegenden
Gabel auf eine gewünschte
Tiefe gebracht, wonach die Elektrode seitlich verschoben wird. In
der in 1a und 1b erläuterten Ausführungsform
ist die Elektrode durch die Vorrichtung gegen die Metallplatte freigelegt,
wodurch das nach innen preßbare
Mundstück 7 die Elektrode 1 freilegt.
-
Betreffend die oben erwähnte Winkelausrichtungswahl,
durch die es möglich
ist, beispielsweise die Herstellung von angephasten und geneigten
Schnitten und gleichmäßigen, Materialablösungen von
einem Gegenstand zu erleichtern und zu beschleunigen, besteht hier
Grund zur Betonung in diesem Zusammenhang, daß zur Verwendung des Schneidens
es zu bevorzugen ist, die Elektrode 1 in eine aufrechtere
Position zu bringen, die bevorzugt zwischen 451 und 900 liegt, und
daß zur
Verwendung zum Ablösen
von Material von einem Gegenstand 2 es zu bevorzugen ist,
die Elektrode 1 in eine horizontalere Position zu bringen,
die bevorzugt zwischen 0° und
45° liegt.
-
Durch ein Verfahren gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung wird das Lichtbogenschneiden eingesetzt durch Verwenden
einer manuell und/oder mechanisch beweglichen Lichtbogenschneid-Vorrichtung,
wobei deren Elektrode 1 in einem bereiten Zustand in einem
Rahmen 6 vom Manteltyp angeordnet wird, wobei zur Erzielung
einer geschmolzenen Vorderseite beim Start des Lichtbogenschneid-Verfahrens
die Elektrode 1 durch Drücken des Rahmens 6 herausgebracht
wird, weicher ein federbelastetes und wärmebeständiges Mundstück 7 aufweist,
und zwar gegen die Metallplatte 2, wobei die Elektrode 1,
die durch das Mundstück 7 freigelegt
ist, in einen Lichtbogenzünd- Kontaktabstand von
der Platte 2 gebracht wird, entweder mit deren Gabel 4 vorn
in einem Abstand von einer Kante der Metallplatte 2 oder
mit deren Seite 3 vorn an einer Kante des Gegenstands 2.
Zum Erstrecken des Lichtbogenschneidens und jeweils zum Erhöhen der
geschmolzenen Vorderseite, die durch den Lichtbogen über eine
gewählte
Lichtbogenschnitt-Tiefe
erreicht wird, bevorzugt über
eine ganze Dicke der Platte 2, wird die Elektrode 1 in
die gewünschte
Lichtbogenschnitt-Tiefe in der gewünschten Winkelorientierung
gebracht und die Dreh-, Hin- und Herbewegung und/oder Oszillation
aufrecht erhalten durch weiteres Drücken des Rahmens 6,
wobei das gewünschte
Lichtbogenschnitt-Ergebnis erreicht wird durch Bewegen der Elektrode 1,
was deren geschmolzene führende
Vorderseite durch den elektrischen Lichtbogen aufrecht erhält längs der
gewünschten
Linie und gleichzeitig die gewünschte
Lichtbogenschnitt-Tiefe sowohl hinsichtlich der Winkelorientierung
und der Drehbewegung gleichzeitig aufrecht erhält.
-
Um eine gezwungene Entfernung des
geschmolzenen Materials zu bestätigen
und zu verbessern, erreicht durch die Bewegungsenergie der Drehung,
Hin- und Herbewegung und/oder Oszillation der Elektrode in der Region
des geschmolzenen Materials, kann ein Fluß von druckbeaufschlagtem Medium,
bevorzugt druckbeaufschlagtes Wasser und/oder Luft in einem Fluß von druckbeaufschlagtem
Medium geleitet werden. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird die Drehung, Hin- und Herbewegung, und/oder Schwingungsbewegung
der Elektrode 1 erreicht durch eine Leistungsvorrichtung 9,
die durch druckbeaufschlagtes Wasser und/oder Luft angetrieben wird,
wobei in diese Vorrichtung druckbeaufschlagtes Medium von einer äußeren druckbeaufschlagten
Mediumquelle (nicht gezeigt) über
einen Einlaß 28 geladen
wird, der in 2 und 3 offenbart ist, und in dieser
Vorrichtung das druckbeaufschlagte Medium über einen Auslaß 29 abgegeben
wird, der in 2 und 3 in dem Rahmen 6 offenbart
ist. Ein Kontaktelement 8, das in dem Rahmen gehalten ist
und Strom zur Elektrode leitet, ist entweder vorgesehen durch axiale
Bohrungen 30, die in den 2 oder 3 alternativ offenbart sind,
oder die Außenfläche des
Kontaktelements ist zusätzlich
vertieft oder so bemessen, daß zwischen
der Außenfläche des
Kontaktelementes und der Innenfläche
des Rahmens 6 ein Raum 13 oder Sattel bestehen.
Die Bohrungen, Räume
oder Sattel dieser Art bilden eine Flußlinie für das druckbeaufschlagte Medium
hinter dem Kontaktelement 8. Somit fließt das druckbeaufschlagte Medium
nach Antrieb der Leistungsvorrichtung 9 von der Leistungsvorrichtung
weg und wird durch die Flußlinie
geleitet, um die Elektrode 1 zu kühlen und schließlich wird
das Medium von der Vorrichtung durch eine Mundöffnung 12 an dem Ende
des Rahmens 6 entladen. Das druckbeaufschlagte Medium hat
verschiedene Funktionen. Zunächst treibt
es die Leistungsvorrichtung 9 an. Zweitens säubert und
kühlt es
das Kontaktelement 8. Drittens kühlt es die Elektrode 7.
Viertens verbessert es bei Entladung von der Mundöffnung die
Entfernung von Schmelze, die durch den Lichtbogen von dem Gegenstand 2 gebildet
ist.
-
Bezug wird genommen auf 2 und 3, die zwei bevorzugte Ausführungsformen
für die
Vorrichtung zum Unterwasser-Lichtbogenschneiden erläutern, insbesondere
zum Lichtbogenschneiden von Metaliplatten und/oder Ausbauten durch
einen elektrischen Lichtbogen. Die Vorrichtung ist manuell und/oder
mechanisch beweglich und bogenschneidend und weist auf:
ein
Rahmengehäuse 6,
das aus elektrisch nicht leitfähigem
Material gemacht ist, z.B. Kunststoff;
eine bevorzugt langgestreckte
Elektrode 1, die sich außerhalb oder wenigstens während des
Lichtbogenschneid-Verfahrens außerhalb
des Rahmens 6 erstreckt, ein elektrisch leitfähiges Element 8,
d.h. ein Kontaktelement, das bevorzugt aus Graphit gemacht ist,
und durch das die Elektrode 1 mit einer externen Stromquelle (nicht
gezeigt) verbindbar ist,
eine Einrichtung 9, 10, 11 in
dem Rahmen 6, um der Elektrode 1 wenigstens während des
Lichtbogenschnitt-Verfahrens eine Drehbewegung, hin- und hergehende
Axialbewegung, Oszillationsbewegung oder eine Kombination von Bewegungen
dieser Art zu erteilen.
-
Zum Starten des Lichtbogenschneidens
wird die Elektrode in der Bewegung in einen Lichtbogenzünd-Kontaktabstand
von einer Metallplatte 2 gebracht, die im Lichtbogen zu
schneiden ist, und zum Herstellen eines Lichtbogenschneid-Ergebnisses
wird die Elektrode 1 gemäß einer gewünschten Linie in einer gewünschten
Lichtbogenschnitt-Tiefe und Winkelorientierung bezüglich der
Oberfläche 5 der
Platte 2 bewegt. Sodann dient die Elektrode 1 als
Lichtbogenschnitt-Element und der Lichtbogen, der eine Schmelzvorderseite bildet,
wirkt auf den Abschnitt des Randes der Elektrode 1 entsprechend
der Lichtbogenschnitt-Tiefe.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind die elektrisch leitfähigen Einrichtungen, die in
dem Rahmen 6 angeordnet sind, um Gleichstrom oder Wechselstrom
der Elektrode zuzuführen,
aus einem Kontaktelement 8 zusammengesetzt, das drehungslos
gesperrt ist und in einem direkten Kontakt mit der Elektrode 1 ist.
-
Wie in den 2 und 3 offenbart,
in denen die erläuterten
Schnittansichten der ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung erläutert
sind, ist der Rahmen 6 des Werkzeugs für Umgebungen offen und an seinen
Enden besteht ein Mundstück 7,
das bevorzugt federbelastet in einer nach außen gedrückten Position sich befindet.
Das Mundstück
dient in der nach außen
gedrückten
Position als Schutzteil für
die Elektrode 1 und verhindert einen geraden Kontakt mit
der Elektrode 1, wodurch beim Tauchgebrauch keine Risiken
in der Handhabung der Vorrichtung bestehen. Durch Drücken des
Mundstücks 7 nach
innen erstreckt sich die Elektrode 1 von einer Mundöffnung 12 davon.
Um Beschädigungen
durch Hitze des Lichtbogens zu verhindern ist das Mundstück 7 aus
wärmebeständigem Material
gemacht, bevorzugt aus Keramikmaterial oder Kunststoff.
-
Wie oben bereits erwähnt und
in den 2 und 3 offenbart, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine
Leistungsvorrichtung 9 auf, um die Elektrode zur Drehung
um ihre Längsachse
zu bringen. Die Leistungsvorrichtung 9 ist erfindungsgemäß in dem
Rahmen 6 eingerichtet bzw. angepaßt und ist eine Leistungsvorrichtung,
die durch druckbeaufschlagtes Wasser oder druckbeaufschlagte Luft
angetrieben wird. Die Leistungsvorrichtung kann auch eine elektrisch
getriebene, hydraulisch getriebene oder allgemein mit einem geschlossenen
Schaltkreis angetriebene Leistungsvorrichtung sein. In den in 2 und 3 erläuterten
Ausführungsformen ist
die Leistungsvorrichtung eine sich drehende Vorrichtung mit offener
Schaltung zum Antreiben von druckbeaufschlagtem Wasser, Sauerstoff-angereichertem
druckbeaufschlagtem Wasser und/oder druckbeaufschlagter Luft, die
die Elektrode mit einer Geschwindigkeit von 0 bis 30.000 Upm dreht.
Bevorzugt wird das druckbeaufschlagte Wasser und/oder Luft, die
die Drehvorrichtung 9 der Elektrode 1 dreht, so
geleitet, daß es
wenigstens teilweise von der Leistungsvorrichtung strömt, beispielsweise
durch den Auslaß 29 in
dem Rahmen und ferner über
die Elektrode oder über
das Mundstück 12 in
dem Mundstück
entladen wird. Somit treibt das druckbeaufschlagte flüssige Medium
die Leistungsvorrichtung an, strömt
durch die Vorrichtung wenigstens als Kühlmedium für die Elektrode und als Reinigungsmedium
für Innenelemente
der Vorrichtung und entfernt schließlich das Schmelzmetall. Die
Leistungsvorrichtung 9, welche die Elektrode dreht, ist
bevorzugt ausgewählt
aus der Gruppe, welche ein Flügelrad
oder Turbinenrad aufweist, angetrieben durch das druckbeaufschlagte
Medium, ein Getrieberad, angetrieben durch das druckbeaufschlagte
Medium, ein Paar von ovalen Getrieberädern, angetrieben durch das
druckbeaufschlagte Medium, einen Hydraulik- oder Elektromotor. Die
Leistungsvorrichtung
9, die am bevorzugtesten aus elektrisch
nicht leitfähigem
Material gemacht ist, beispielsweise Kunststoff, dreht eine Leistungs-Ausgangswelle 16,
die direkt (vgl. 3)
oder über
einen geeigneten Leistungs-Übertragungs-mechanismus 16, 17, 18, 19, 20 (vgl. 2) mit einem Halteelement 15 der
Elektrode 1 verbunden ist, mit dem die Elektrode lösbar verbunden
ist, am bevorzugtesten durch eine augenblickliche Sperreinrichtung,
z.B. Gewinde, Klipp, Reibung, eine Barionett-Sperreinrichtung oder
durch eine entsprechende beispielhafte Sperreinrichtung. In diesem
Zusammenhang besteht Grund zur Betonung, daß gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung das Elektroden-Halteelement 15 als Leiter
dient zum Leiten von elektrischem Strom zur Elektrode, wodurch die
elektrische Eingabe in einen Drehkontakt durch einen Gleitkontakt
verwirklicht ist.
-
Unter Bezugnahme auf 2 wird beschrieben, daß der Leistungs-Übertragungsmechanismus
aufweist:
eine Kupplungseinrichtung 17, die an der
Leistungs-Ausgangswelle 16 der Leistungseinrichtung 9 angebracht ist,
wobei die Kupplungseinrichtung überzieht
oder gleitet, wenn ein vorbestimmtes Drehmoment überschritten wird, wie angebracht
vor dem Trägerelement 15 der
Elektrode 1, bevorzugt auf der Kupplungswelle 18 zwischen
dem Trägerelement 15 und
der Kupplungseinrichtung 17, eine Einrichtung 10, 11,
um eine hin- und hergehende und/oder oszillierende Bewegung für die Elektrode 1 zu
erreichen.
-
In der in 2 offenbarten Ausführungsform weist die Einrichtung
zum Erreichen einer hin- und
hergehenden und/oder oszillierenden Bewegung für die Elektrode 1 eine
erste Einrichtung 10 auf, die zusammen mit der Drehbewegung
sich dreht, die durch die Leistungsvorrichtung 9 verursacht
wird, und eine zweite Einrichtung 11, die drehungslos gesperrt
ist und so angepaßt
ist, daß sie
in einer axialen Richtung zwischen wenigstens einer ersten Position
verschieblich ist, bei der sie gegen die erste Einrichtung 10 liegt,
und einer zweiten Position, bei der sie von der ersten Einrichtung 10 entfernt
ist. Am meisten bevorzugt sind die gegenüberliegenden bzw. Paß-Flächen 19, 20 der
ersten und zweiten Einrichtung 10, 11 geformte
Oberflächen,
die, wenn gegeneinander und bei Bewegung bezüglich einander angepaßt, die
hin- und hergehende und/oder oszillierende Bewegung zur Elektrode 1 übertragen.
-
In der in 2 erläuterten
Ausführungsform
ist die zweite Einrichtung durch eine Federeinrichtung 21 wenigstens
in der zweiten Position belastet, wodurch es eine bestätigte Übertragung
der hin- und hergehenden Bewegung zur Drehelektrode 1 gibt,
d.h. eine sägende
Bewegung. Um die hin- und hergehende und/oder oszillierende Bewegung
zu erreichen, sind die geformten Oberflächen korrodierte oder gezahnte
Oberflächen, die
einander entsprechen.
-
In der in 2 erläuterten
Ausführungsform,
bei der die Kupplung oder Kupplungswelle 18 bewegungslos
in der Axialrichtung ist, wird ein Drehmomentübertrag auf eine axial bewegliche
Mittelwelle 24 so bewerkstelligt, daß an dem Ende der Kupplungswelle
eine Gehäuseeinrichtung
mit einer Öffnung
an deren Ende angebracht ist, durch die sich die Mittelwelle 24 in
der Gehäuseeinrichtung 23 erstreckt.
Die Mittelwelle ist durch die oben genannte Federeinrichtung 21 in
der Gehäuseeinrichtung 23 belastet.
Die Mittelwelle 24 ist in dieser Ausführungsform eine vertiefte Welle
und die Öffnung
in der Gehäuseeinrichtung 23 für die Mittelwelle 24 ist
gezahnt, um den Vertiefungen bzw. Rillen der Mittelwelle 24 zu
entsprechen und an diesen verriegelt zu sein. Somit wird die Drehbewegung
der Kupplungswelle 18 durch die Gehäuseeinrichtung auf die Mittelwelle 24 übertragen,
die in der axialen Richtung beweglich ist. Um die hin- und hergehende
und/oder Oszillationsbewegung in der axialen Richtung der Mittelwelle 24 zu
erreichen, an deren einen Ende fortwährend das Halte- oder Ablöseelement 15 für die Elektrode 1 angebracht
ist, ist die erste Vorrichtung 10 permanent auf der Mittelwelle 24 und
der zweiten Vorrichtung 11 verriegelt, wodurch sich die
Mittelwelle 24 so erstreckt, daß ein Innendurchmesser der Öffnung signifikant
größer ist
als ein Außendurchmesser
der Mittelwelle 24, wobei die zweite Vorrichtung 11 drehungslos
bezüglich
des Rahmens 6 gesperrt ist durch radiale Erweiterungselemente 27,
die sich am bevorzugtesten über
die Öffnungen 26 in
der Rahmenwand außerhalb
des Rahmens 6 erstrecken. Die Öffnungen 26 sind so
erstreckt, daß die
Erweiterungselemente 27 axial in der Richtung der Mittelwelle
bewegt werden können
und somit die erste Einrichtung 10 und die zweite Einrichtung 11 positionieren, und
zwar gegeneinander, wodurch die Bewegung eine fortlaufend, hauptsächlich sägezahnartige
hin- und hergehende
Bewegung ist; bzw. getrennt voneinander, wodurch keine hin- und
hergehende Bewegung besteht, oder in einer Mittelposition, wodurch
die Bewegung nicht fortlaufend ist, d.h. eine pulsierende hin- und
hergehende Bewegung ist. In der in 2 offenbarten
bevorzugten Ausführungsform
werden die Erweiterungselemente axial durch eine in der Außenseite
des Rahmens 6 bestehende Positionshülse 25 bewegt, die
daneben die Erweiterungselemente bewegt und das Ablaufen des druckbeaufschlagten
Mediums durch die Öffnungen 26 verhindert.
Um die Sperrung der Erweiterungselemente 27 in unterschiedlichen
Positionen zu ermöglichen, ist
es bevorzugt, daß die
Positionierhülse 25 gleitend
verschoben und/oder gedreht bezüglich
des Rahmens 6 wird, und zwar entweder in Gewindegängen auf
dem Außenrand
des Rahmens 6, wodurch die Innenfläche der Positionierhülse eine
Umfangsnut aufweist zum Aufnehmen von vorspringenden Köpfen der
Erweiterungselemente 27, oder derart, daß die vorspringenden
Köpfe der
Erweiterungselemente 27 gezwungenermaßen sich in die aufnehmenden
Vertiefungen einfügen,
die in der Öffnung 26 bestehen,
und zwar durch die Positionierhülse 25.
-
Gemäß einer gewünschten Ausführungsform
gemäß der Erfindung
kann die zweite Vorrichtung 11 als Trägerelement oder Kontaktelement
für die
Elektrode dienen oder kann integriert sein, um ein Teil des Trägerelements 15 zu
bilden, der in 2 erläutert ist,
oder das Kontaktelement 8, das in 2 und 3 erläutert ist.
-
Ferner weist die Vorrichtung (vgl. 2) einen Zapfen, Schraube
oder eine entsprechende Einrichtung 32 auf, die einer Öffnung 33 in
dem Rahmen 6 angepaßt
ist. Das Mundstück 7 weist
für den
Zapfen oder die entsprechende Einrichtung 32 eine gegenüberliegende
Vertiefung 34 auf. Durch Positionieren der Vertiefung 34,
so daß sie
den Zapfen oder der entsprechenden Einrichtung 32 gegenüberliegt,
und durch Einfügen
oder Befestigen des Zapfens oder der entsprechenden Einrichtung 32 in
der gegenüberliegenden
bzw. Paß-Vertiefung 34 kann
das Mundstück 7 in
einer oberen Position gesperrt werden, d.h. einer Funktionsposition
der Vorrichtung, wodurch die Elektrode 1 fortlaufend freigelegt
ist.
-
Gemäß der Erfindung ist es bevorzugt,
daß der
Rahmen 6 ein Hohlelement ist, das der Umgebung gegenüber offen
ist, was eine leichtere Rahmenkonstruktion ermöglicht und bestätigt, daß die Vorrichtung
geeignet auch in bemerkenswerten Tiefen unter der Oberfläche arbeitet,
ohne ein Risiko, daß der
Rahmen unter dem Hydraulikdruck zusammenbricht. Der Rahmen 6 der
Vorrichtung kann vollständig
gebildet sein als eine Glocke oder in Abteilungen unterteilt sein,
wobei der Rahmen bevorzugt aufweist:
- a) eine
Kammer, durch die alle Elemente der Vorrichtung zum Bewegen der
Elektrode und zum Leiten des Stroms zu ihr in derselben Kammer angeordnet
sind;
- b) zwei Kammern, wodurch die Leistungsvorrichtung 9 in
einer ersten Kammer angeordnet ist, die in Flußverbindung mit der Quelle
des druckbeaufschlagten Mediums über
den Einlaßkanal 28 ist,
und die anderen Elemente in einer zweiten Kammer sind und die Kammern
in Flußverbindung
sind miteinander durch einen Auslaßkanal 29 für das druckbeaufschlagte
Medium, wodurch es übrigens
möglich
ist, die Geschwindigkeit der Drehzahl der Leistungsvorrichtung einzustellen
durch Einstellung der des Zuführdrucks
des druckbeaufschlagten Mediums unter Einstellung der Mediumentladung
auf die Schmelzregion; oder
- c) drei Kammern, wodurch die Leistungsvorrichtung 9 in
einer ersten Kammer gelegen ist, die in Flußverbindung mit der Quelle
des druckbeaufschlagten Mediums ist über einen Einlaßkanal 28,
wobei die Kupplungseinrichtung 17, 18 sowohl des
Trägerelements 15 der
Elektrode und der optionalen Einrichtung 21, 23, 24, 10, 11,
um die hin- und hergehende und/oder oszillierende Bewegung zu veranlassen,
in einer zweiten Kammer gelegen sind, die in Flußverbindung ist mit der ersten
Kammer durch einen Auslaßkanal 22 für das druckbeaufschlagte
Medium, und die Elektrode gelegen ist in einer dritten Kammer, die
in Flußverbindung
ist mit der zweiten Kammer durch einen Fluß, der an dem Rand des Kontaktelementes 8 oder über Bohrungen,
die sich hindurch erstrecken begrenzt ist, und der offen ist zur
Umgebung über
eine Mundöffnung
des Mundstücks 7,
wobei die Mundöffnung
ringförmig
bzw. ringraumförmig
ausgebildet ist, wenn sich die Elektrode 1 hindurch erstreckt.
Durch diese Art der Teilung des Rahmens 6 in Abteilungen
wird es möglich,
mittlere Verbindungslinien zu bemessen, um sowohl die Zunahme bzw.
Abnahme der Drehzahl der Leistungsvorrichtung zu beeinflussen und
die Form und den Druckeffekt des Flußmediums, das in dem Schmelzbereich
entlastet werden muß.
-
Bezug wird genommen auf 4 bis 9. Die langgestreckte Elektrode 1,
die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
verwendet wird, ist erfindungsgemäß dazu bestimmt, mit ihrer
Gabel 4 führend
gedrückt
zu werden ohne mit ihrer Seite 3 führend in eine gewünschte Orientierung
oder einen Winkel und in eine gewünschte Tiefe zum Lichtbogenschneiden
gebracht zu werden und ist dazu bestimmt, seitlich bewegt zu werden,
wobei im wesentlichen während
der gesamten Lichtbogenschneid-Zeit die gewünschte Winkelorientierung und
Lichtbogenschnitt-Tiefe aufrecht erhalten wird, wobei die Elektrode 1 ein
Verbrauchsgut sein kann. Die Elektrode ist jedoch bevorzugt eine
sogenannte Nichtverbrauchsgut-Elektrode.
-
Geeignete Nichtverbrauchsgut-Elektrodenmaterialien
sind bespielsweise Materialien auf der Basis von Wolfram oder entsprechende
Legierungen. Die Elektrode kann unterschiedliche Querschnitts-Formen
haben, beispielsweise einen kreisförmigen (6), einen rechteckigen (nicht gezeigt),
einen sechseckigen (8)
oder elliptischen (7 oder 9) Querschnitt. Wie man aus 4 und 5 sehen kann, kann die Elektrode auch
mit spiralförmigen
Stegen 14 oder Nuten 13 versehen sein, um die
Entfernung der durch den Lichtbogen gebildeten Schmelze zu beschleunigen.
Ein Einfluß der
beschleunigten Entfernung der Schmelze kann auch erreicht werden
durch Rillen, Stege, sowohl durch Linien von übermäßiger Vertiefung oder Erhöhungen (nicht gezeigt),
welche bezüglich
der Längsachse
der Elektrode 1 in Querrichtung oder Längsrichtung verlaufen. Die Elektrode
kann auch hohl sein, was es ermöglicht,
das zu ladende flüssige
Medium abzukühlen,
beispielsweise über
das Trägerelement 15 der
Elektrode 1, in einem Kanal 22 zum inneren Kühlen der
Elektrode und ferner zum Beschleunigen der Entfernung des geschmolzenen
Materials aus der Schmelzregion.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann verwendet
werden als eine "stiftartige" kleine Einheit vom
in 2 erläuterten
Typ. Der Rahmen der Vorrichtung kann auch ausgerüstet werden mit einem Griff 31 oder dergleichen,
wie in 3 erläutert. Ferner
kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
Teil eines Roboters oder einer mechanisierten Lichtbogenschnitt-Vorrichtung
sein.
-
Die Funktion des Verfahrens und der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
wurde durch Schneidtests geklärt,
die in einem Wasserbad für
Konstruktions-Stahlplatten mit einer Dicke von 4 mm und 8 mm durchgeführt wurden,
bzw. für
Aluminiumplatten mit einer Dicke von 5 mm und für rostfreie Stahlplatten mit
einer Dicke von 3 mm, d.h. sogenannte Super-Duplex-Stahlplatten. Für die Tests
wurde die Drehbewegung der Elektrode bewirkt durch einen Elektromotor
(rmax = 500 Upm), der an dem Rahmen befestigt
ist und der Wasserstrahl in der Richtung der Elektrode wurde bewerkstelligt
durch eine Druck-Waschvorrichtung bzw. – Scheibenvorrichtung (pmax = 15,7 Mpa). Die Elektrode war ein Stab
aus Torium/Wolfram-Legierung
und sein Durchmesser war 6,4 mm. Die Stromquelle war eine KEMPPI
HILARC 450-Schweißstromquelle
und die Elektrode war verbunden mit dem "-Pol" der
Stromquelle. Die Ergebnisse der Tests sind in Tabelle 1 aufgelistet:
-
-
Aus den Ergebnissen der Tests wurde
entnommen, daß das
Schneidergebnis in allen Tests von ähnlichem Typ war. Die Oberkanten
des Schnittbruchs waren bemerkenswert gerade, wobei deren Unterkanten sich
nach unten verbreiterten, wobei der Verbreitungswinkel zwischen
den Unterkanten bei Aluminium etwa bei 45° lag, bei Stahlplatte von 4
mm bei 40° – 50°, bei Stahlplatte
8 mm bei etwa 30° und
bei Super-Duplex-Stahlplatte bei 40° – 50°. Im allgemeinen waren die Schnittbrüche qualitativ
sauber, teilweise sogar metallisch rein.
-
Es besteht Grund zur Betonung, daß die Erfindung
vorstehend nur mit Hilfe von bestimmten bevorzugten Ausführungsformen
von ihr beschrieben wurde. Natürlich
ist dies nicht beschränkend
gemeint und es ist offensichtlich für Fachleute in dieser Technik,
daß verschiedene
optionale Anordnungen, Aufbauten und Variationen im Rahmen der Erfindungsidee
möglich
sind, wie sie in den angehängten
Ansprüchen
definiert ist. So wird betont, daß in dem Rahmen 6 das
zweite Ende der Elektrode 1 mit der Leistungs-Ausgangswelle 16 oder mit
der Kupplungswelle 18 durch das hohle zylindrische Trägerelement 15 verbunden
werden kann, wodurch die Drehung und/oder hin- und hergehende Bewegung,
die durch die Welle übertragen
wird, auf die Elektrode 1 übertragen wird. Optional sind
die Leistungs-Ausgangswelle 16 oder die Kupplungswelle 18 der
Elektrode 1 beide in dem Trägerelement 15 angeordnet
und sie sind gehalten beispielsweise durch Dichtringe, um die Drehung
und/oder hin- und hergehende Bewegung der Welle auf die Elektrode 1 zu übertragen.
Zum Bewerkstelligen der hin- und hergehenden und/oder oszillierenden
Bewegung kann man unter anderem eine Nockeneinrichtung verwenden,
die sich mit der Drehbewegung dreht, die durch die Drehvorrichtung 9 verursacht
ist, und eine zweite Einrichtung, die axial zwischen wenigstens
der ersten Position, bei der dieselbe gegen die Nockeneinrichtung
liegt, und einer zweiten Position axial verschoben werden kann,
bei der dieselbe von der Nockeneinrichtung entfernt ist, wobei die
zweite Einrichtung eine geneigte Lauffläche für die Nockeneinrichtung aufweist.
Auch ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, die
hin- und hergehende oder oszillierende Bewegung für die Elektrode
durch Verwendung eines unkonzentrischen bzw. exzentrischen Mechanismus
zu bewirken.
