DE68927261T2 - Plasmabogen-schneidevorrichtung und deren regelung - Google Patents

Plasmabogen-schneidevorrichtung und deren regelung

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Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Plasmastrahlschneidbrenner zum Präzisions- und Hochleistungsschneiden von Werkstücken und ein Verfahren zur Steuerung des Brenners.
  • Der Erfindung zugrundeliegender Stand der Technik
  • In der Patentschrift JP-A-51-78765 wird ein Plasmastrahlschneidbrenner mit mindestens einer Umrichterschaltung zum Umformen eines Industrie-Wechselstroms in einen definierten Hochfrequenz-Wechselstrom, einer Gleichrichterschaltung, die an einen Anschluß der Umrichterschaltung angeschlossen ist, und einer Glättungsdrossel, die mit der Gleichrichterschaltung in Reihe geschaltet ist, offenbart. Ein weiterer vergleichbarer Plasmastrahlschneidbrenner ist aus der Patentschrift JP-A-60-6750 bekannt. Schließlich ist ein Verfahren zur Steuerung des Zünd- und Hauptstroms aus der Patentschrift JP-A-63-36974 bekannt.
  • Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung soll zunächst ein herkömmlicher Plasmastrahlschneidbrenner mit dem in Fig. 1 dargestellten Aufbau erläutert werden.
  • Ein Industriewechselstrom 1 wird durch eine Diodengleichrichterschaltung 2 in einen Gleichstrom umgeformt. Der von dieser Gleichrichterschaltung 2 gelieferte Gleichstrom wird in einen definierten Hochfrequenz-Wechselstrom umgeformt, indem die Transistoren 5 und 6 abwechselnd durch die Basisströme, die von einer Steuerschaltung 8 intermittierend an die Basen der Transistoren 5 und 6 einer aus den Kondensatoren 3 und 4 und den Transistoren 5 und 6 bestehenden Umrichterschaltung 7 abgegeben werden, geschaltet werden. Des weiteren wird ein Ausgangs-Wechselstrom der Umrichterschaltung 7 von einem Transformator 9 umgerichtet und dann in einen Ausgangs-Gleichstrom umgeformt, der in der Lage ist, eine Lichtbogenentladung mit Hilfe einer aus einer Gleichrichterschaltung 10 und einer Glättungsdrossel 11 bestehenden Reihenschaltung 12 stabil aufrechtzuerhalten.
  • Bei Einleitung einer Lichtbogenentladung wird ein Kontakt 13 geschlossen, und ein Arbeitsgas wird einem Gaskanal 16 zwischen einer Elektrode 14 und einer Düse 15 eines Plasmabrenners 18 zugeführt. Sobald das Arbeitsgas zu strömen beginnt, wird die Umrichterschaltung 7 eingeschaltet und am Plasmabrenner 18 eine Spannung angelegt, durch die die Elektrode 14 negativ und die Düse 15 und das Werkstück 17 positiv gepolt werden. Zu diesem Zeitpunkt ist es, obwohl eine Spannung (Leerlaufspannung) zwischen der Elektrode 14 und der Düse 15 erzeugt wird, jedoch noch zu keinem Spannungsdurchschlag gekommen, und es fließt noch kein Strom. Dann wird eine Hochfrequenzerzeugungsschaltung 19 eingeschaltet, und an beiden Enden der Sekundärspule (elektrodenseitige Verbindungsleitung 21) der Kopplungsspule 20 entsteht eine HF-Hochspannung. Diese HF-Hochspannung wird mittels Überbrückungskondensator 22 zwischen der Elektrode 14 und der Düse 15 so angelegt, daß die oben genannte Leerlaufspannung mit ihr überlagert wird. Auf diese Weise kommt es aufgrund der HF-Entladung zu einem Spannungsdurchschlag und daraufhin zur Erzeugung eines Zündlichtbogens und zur Bogenentladung.
  • Zu diesem Zeitpunkt wird der Anstieg eines Stroms, der von der aus der Gleichrichterschaltung 10 und der Glättungsdrossel 11 bestehenden Reihenschaltung 12 geliefert wird, durch die Wirkung der Glättungsdrossel 11 verzögert. Entsprechend ist der Reihenschaltung 12 eine aus einem Kondensator 23 und einem Widerstand 24 bestehende Kompensationsschaltung 28 parallelgeschaltet Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Umrichterschaltung 7 zu wirken beginnt, wird der Kondensator 23 bis auf die Leerlaufspannung geladen, die an den einander gegenüberliegenden Enden der Gleichrichterschaltung 10 anliegt. Wenn die lmpedanz zwischen der Elektrode 14 und der Düse 15 aufgrund des durch die HF-Entladung bedingten Spannungsdurchbruchs sinkt, entlädt sich der Kondensator 23 über den Widerstand 24 und einen Widerstand 25, so daß eine Kompensation der Reihenschaltung 12 erfolgt, deren Strom langsam ansteigt, wodurch auch die Bildung des Zündlichtbogens gewährleistet wird. In diesem Falle wird der Stromwert des Zündlichtbogens unabhängig dadurch definiert, daß aufgrund der Strom- und Spannungskennlinie der Reihenschaltung 12 die Spannung des Zündlichtbogens und ein Spannungsabfall am Widerstand 25, bedingt durch den Strom des Zündlichtbogens, mit der Spannung der Reihenschaltung 12 abgeglichen werden. Eine Strommeßeinrichtung 26 ist so ausgelegt, daß sie einen Zündlichtbogenstrom registriert und die Hochfrequenzerzeugungsschaltung 19 ausschaltet. Ist das elektrische Leitvermögen zwischen der Elektrode 14 und dem Werkstück 17 über einen Zündlichtbogen gewährleistet, entlädt sich der Kondensator 23, bedingt durch den Widerstand 24, in einen aus der Elektrode 14 und dem Werkstück 17 bestehenden Hauptlichtbogenstromkreis, und dann erfolgt die Speisung mit dem Strom der Reihenschaltung 12, wodurch die Entladung fortgesetzt wird. Im Falle der Bestätigung durch die Strommeßeinrichtung 27, daß Strom von der Reihenschaltung 12 geliefert wird, öffnet der Kontakt 13, so daß der Zünd lichtbogen unterbrochen wird, und es folgt darauf eine vollständige Entladung des Hauptlichtbogens. Die Hauptlichtbogenentladung wird, solange ein diesem Stromwert entsprechendes Signal vo der Strommeßeinrichtung 27 an die Steuerschaltung 8 geliefert wird, auf einem bestimmten Niveau gehalten, und die Ansteuerung der Transistoren 5 und 6 erfolgt bei Regelung mit Rückführung.
  • Ferner wird allgemein ein Plasmastrahlschneidbrenner 18 mit einer Stromversorgungsschaltung ausgestattet, die der oben beschriebenen entspricht, und somit können, wie in Fig. 2 dargestellt ist, solche Arbeitsgänge wie Bohren (Punkt A1) und Schneiden (Linie A2) ausgeführt werden (Lochstechverfahren).
  • Des weiteren stehen zum Ausschalten des Lichtbogens die folgenden zwei Verfahren zur Verfügung: (1) ein Verfahren des herkömmlichen Unterbrechens des Schneidvorgangs, bei dem die Stromquelle ausgeschaltet wird, wenn sich der Plasmabrenner 18 oberhalb des Werkstücks 17 befindet, so daß der Hauptlichtbogen, wie in Fig. 3(b) dargestellt ist, zusammenbricht, und (2) ein Verfahren des erzwungenen Unterbrechens des Schneidvorgangs, bei dem der Plasmabrenner 18 vollständig vom Werkstück weggeführt wird, wodurch es unmöglich wird, den Hauptlichtbogen aufrecht zu erhalten, und auf diese Weise der Lichtbogen zusammenbricht. Wird allerdings das Werkstück 17 unmittelbar abgetrennt, wie in Fig. 4(a) dargestellt, oder soll das äußere Teil genutzt werden, nachdem das innere Teil abgetrennt wurde, wie in Fig. 4(b) gezeigt, kommt es vor, daß bei Anwendung des Verfahrens des herkömmlichen Unterbrechens des Schneidvorgangs ein noch nicht vollständig abgetrennter Abschnitt verbleibt und es dann schwierig ist, eine richtige zeitliche Zuordnung für die Bewegung des Plasmabrenners und für ein Signal zum Abschalten der Stromversorgung zu gewährleisten. Deshalb wird im allgemeinen in diesen Fällen das Verfahren des erwungenen Unterbrechens angewendet, bei dem der Punkt E nach Passieren des Punktes B als Unterbrechungspunkt genutzt wird. Entsprechend diesem Verfahren wird, wie in Fig. 5(a) gezeigt wird, ein Hauptlichtbogen 60 in Form einer Entladung normaler Gestalt gezogen, und die Möglichkeit, daß der Lichtbogen zusammenbricht, ist gering. In vielen Fällen bricht der Lichtbogen zusammen, nachdem er einen Doppellichtbogen 61 gebildet hat (ein Teil oder ein wesentlicher Teil des Stroms bildet einen doppelten Strompfad über den Düsenkörper, ohne daß er durch die Öffnung der Düse 15 verläuft), wie in Fig. 5(b) dargestellt ist.
  • Beim Hochpräzisions- und Hochleistungsschneiden eines Werkstücks mit Hilfe eines solchen Plasmastrahlschneidbrenners ist folgendes anzustreben:
  • (1) Der Durchmesser der Düsenöffnung sollte klein gehalten werden, so daß der Lichtbogen begrenzt wird, wodurch die Stromdichte des Lichtbogens erhöht wird.
  • (2) Die Menge an geschmolzenem Metall, das an der Düse haftet, sollte auf einem Minimalwert gehalten werden.
  • (3) Die Entstehung eines zu einer Verschlechterung der Parameter der Düse und zu einer Minderung der Schneidqualität führenden Doppellichtbogens sollte vermieden werden.
  • Im Zusammenhang mit dem bisherigen Stand der Technik treten jedoch die folgenden Probleme auf:
  • (1) Nach einer HF-Entladung wird ein Zündlichtbogen gezündet, der düsenseitige Lichtbogenauftrittspunkt befindet sich allerdings oberhalb der Düsenöffnung, wird durch den Strom des Arbeitsgases nach unten gedrückt und bewegt sich durch die Düsenöffnung in Richtung Hauptlichtbogen. In einem solchen Falle expandiert, wenn der Durchmesser der Düsenöffnung klein ist, beim Zünden des Zündlichtbogens das Arbeitsgas schlagartig durch die durch den Lichtbogen entstandene Hitze. Daraufhin sinkt die Durchsatzgeschwindigkeit des Gases an der Düsenöffnung, und die Einwirkung des Gasstroms auf die Bewegung des Auftrittspunktes nimmt ab, wodurch der Übergang vom Zündlichtbogen zum Hauptlichtbogen verzögert wird. Da bei Nutzung der Düse als Anode der Zündlichtbogen zu einer Lichtbogenentladung führt, ist eine Verschlechterung der Parameter der Düse unweigerlich die Folge. Wird der Übergang zu einer Lichtbogenentladung verzögert, nimmt die Verschlechterung der Parameter der Düse zu, wodurch es zu einem Verlust an Schneidleistung kommt. Bei Wiederholung der Zündung eines solchen Lichtbogens verschlechtern sich die Parameter der Düse rapide, wird es schwierig, den Durchmesser der Düsenöffnung zu verringern.
  • (2) Damit verhindert wird, daß geschmolzenes Metall nach oben verspritzt wird und an der Düse haften bleibt, kann der Abstand zwischen dem Werkstück und dem Plasmabrenner im Vergleich zum stabilen Schneidprozeß vergößert werden. Bei großem Abstand wird allerdings der Übergang des Zünd- zum Hauptlichtbogen schwierig, und so existieren Einschränkungen hinsichtlich der Vergrößerung des Abstands.
  • (3) In der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr.24864/1987 wird ein Verfahren zur Bestimmung der Grenzen für den Einsatz von Elektroden vorgeschlagen, bei dem die Spannungsschwankungen überwacht werden, deren Folgeerscheinung die Verschlechterung der Parameter der Elektrode ist. Derzeit konnte jedoch kein geeignetes Mittel gefunden werden, um im voraus die Entstehung des Doppellichtbogens zu verhindern.
  • Die vorliegende Erfindung ist das Ergebnis der Bemühungen, die oben beschriebenen Probleme abzustellen, und eines ihrer Ziele besteht darin, einen Plasmastrahlschneidbrenner, mit dem das Hochpräzisions- und Hochleistungsschneiden von Werkstücken ermöglicht wird, und ein Verfahren zur Steuerung des Plasmastrahlschneidbrenners bereitzustellen
  • Offenbarung der Erfindung:
  • Entsprechend der Zielsetzung hinsichtlich eines Plasmastrahlschneidbrenners und eines Verfahrens zu seiner Steuerung wird ein Plasmastrahlschneidbrenner zur Verfügung gestellt, zu dem eine Umrichterschaltung zum Umformen eines Industrie-Wechselstroms in einen definierten Hochfrequenz-Wechselstrom, eine Gleichrichterschaltung, die an einen Anschluß der Umrichterschaltung angeschlossen ist, eine Glättungsdrossel, die mit der Gleichrichterschaltung in Reihe geschaltet ist, eine Elektrode eines Plasmabrenners, die mit der Katodenseite einer Reihenschaltung, bestehend aus einer Gleichrichterschaltung und einer Glättungsdrossel, über eine Kopplungsspule zur Erzeugung einer Hochfrequenzzündspannung verbunden ist, ein Werkstück, das an die Anodenseite der Reihenschaltung angeschlossen ist, und eine Düse des Plasmabrenners, die ebenfalls über einen Widerstand und einen Kontakt an die Anodenseite angeschlossen ist, gehören, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihenschaltung, bestehend aus der Gleichrichterschaltung und der Glättungsdrossel, eine Anstiegskompensationsschaltung und eine Übergangskompensationsschaltung, die beide aus einem Lade-, einem Entladekondensator und einem Widerstand bestehen, zwischen einer elektrodenseitigen und einer düsenseitigen Verbindungsleitung und zwischen einer elektrodenseitigen und einer werkstückseitigen Verbindungsleitung parallelgeschaltet sind, daß eine Diode an der werkstückseitigen Verbindungsleitung so angeschlossen ist, daß sie zwischen einen Anschlußpunkt der düsenseitigen Verbindungsleitung und einen Anschlußpunkt der Übergangskompensationsschaltung geschaltet ist. Des weiteren ist eine Meßeinrichtung für die Steuerung eines Stroms an der elektrodenseitigen Verbindungsleitung an einer Stelle näher an der Elektrodenseite als an einem Anschlußpunkt der Anstiegskompensationsschaltung vorgesehen. Ferner ist an der werkstückseitigen Verbindungsleitung näher an der Werkstückseite als der Anschlußpunkt der Übergangskompensationsschaltung ein Geber zur Registrierung eines Übergangs vorgesehen.
  • Unter Zugrundelegung eines durch die Stromsteuerung vorgegebenen Stromwertes wird ein Zündlichtbogen erzeugt, und nachdem dann ein Übergang vom Zünd- zum Hauptlichtbogen erfolgt, wird der vorgegebene Stromwert in einen durch die Stromsteuerung des Hauptlichtbogens festgelegten Stromwert geändert.
  • Ferner sind zum Zeitpunkt des Lochstechvorgangs für das Bohren und Schneiden mindestens ein Plasmabrenner zum Bohren und mindestens ein Plasmabrenner zum Schneiden vorgesehen.
  • Mit der oben beschriebenen Anordnung wird der Strom des Zündlichtbogens durch die Umrichterschaltung in gleicher Weise wie der Strom des Hauptlichtbogens gesteuert, so daß der Strom des Zündlichtbogens stabilisiert wird. Demzufolge ist es möglich, den Zündlichtbogen mit einem niedrigeren Strom aufrechtzuerhalten. Daraus folgt, daß eine geringere Erwärmung erzielt und die Ausdehnung eingeschränkt werden kann. Das Arbeitsgas strömt weniger gehindert durch die Düsenöffnung und der Übergang vom Zünd zum Hauptuchtbogen wird begünstigt. Folglich läßt sich ein geringerer Durchmesser der Düse vorsehen, der Abstand zwischen Düse und Werkstück kann vergrößert werden.
  • Zudem wird die Wahrscheinlichkeit im wesentlichen auf Null reduziert, daß das Schneiden durch den Einsatz eines Plasmabrenners, der durch die plötzliche Expansion des Gases während des Bohrens beschädigt wird, beeinträchtigt wird.
  • Ferner wird, wenn der Abstand zwischen dem Plasmabrenner und dem Werkstück nach dem Schneiden vergrößert wird, der Hauptlichtbogen gezogen, und die Spannung steigt plötzlich an. Überschreitet dabei die Spannung einen bestimmten Grenzwert, so wird aus dem Lichtbogen ein Doppellichtbogen, wodurch die Spannung abfällt. Vergrößert sich der Abstand noch weiter, so steigt die Spannung erneut an es ist jedoch selbst bei einem Doppellichtbogen (Strichlinie in Fig. 11(b)) unmöglich, die Entladung aufrechtzuerhalten, und der Lichtbogen bricht zusammen. Folglich kann die Entstehung eines Doppellichtbogens verhindert werden, wenn die Stromversorgung ausgeschaltet wird, wozu die Spannung PC (PC < PD) gemessen wird, nachdem die Spannung PB beim Unterbrechen des Schneidvorgangs stoßartig angestiegen ist und bevor sie den Grenzwert PD für die Entstehung eines Doppellichtbogens erreicht.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen Die Zeichnungen zeigen folgendes:
  • Fig. 1 einen Stromlaufplan einer Stromversorgung für einen herkömmlichen Plasmastrahlschneidbrenner;
  • Fig. 2 eine Darstellung des mit einem Plasmabrenner an einem Werkstück ausgeführten Bohr- und Schneidvorgangs;
  • Fig. 3(a) und 3(b) Prinzipdarstellungen zum Zeitpunkt der Unterbrechung des Plasmastrahlschneidvorgang gemäß dem Stand der Technik;
  • Fig. 4(a) und 4(b) Prinzipdarstellungen eines herkömmlichen Plasmastrahlschneidvorgangs;
  • Fig. 5(a) und 5(b) Prinzipdarstellungen für die Entstehung eines Doppellichtbogen beim herkömmlichen Plasmastrahlschneidvorgang;
  • Fig. 6 einen Stromlaufplan einer Stromversorgung für einen Plasmastrahlschneidbrenner entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 7 einen Stromlaufplan einer Stromversorgung für einen Plasmastrahlschneidbrenner entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 8 eine Vorderansicht einer Plasmastrahlschneidanlage entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 9 einen Querschnitt auf der Linie IX-IX von Fig. 8.
  • Bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
  • Bei Fig. 6 handelt es sich um einen Stromlaufplan einer Stromversorgung für einen Plasmastrahlschneidbrenner entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Bauelemente, die denen der Fig. 1 gleich sind, in der der bisherige Stand der Technik veranschaulicht wird, sind mit den gleichen Nummern bezeichnet, und deshalb wird hier auf eine Beschreibung verzichtet.
  • In Fig. 6 sind eine Meßeinrichtung 31 zur Steuerung eines Strom an eine elektrodenseitige Verbindungsleitung 21 zwischen einer Elektrode 14 und einer Glättungsdrossel 11, ein Geber 32 zur Bestätigung eines Übergangs und eine Diode 33 an eine werkstückseitige Verbindungsleitung 34 zwischen einem Werkstück 17 und einer Gleichrichterschaltung 10 angeschlossen. Eine düsenseitige Verbindungsleitung 35 ist mit einer Düse 15 verbunden, und ein Anschlußpunkt 36 ist zwischen der Gleichrichterschaltung 10 an einer werkstückseitigen Verbindungsleitung 34 und der Diode 33 vorgesehen, wobei ein Kontakt 13 und ein Widerstand 25 in Reihe an diese düsenseitigen Verbindungsleitung 35 angeschlossen sind. In einer zwischen einem Anschlußpunkt 37 zwischen der Meßeinrichtung 31 an der elektrodenseitigen Verbindungsleitung 21 und der Glättungsdrossel 11 einerseits und einem Anschlußpunkt 38 an der düsenseitigen Verbindungsleitung 35 andererseits angeordneten Anstiegskompensationsschaltung 39 sind ein Kondensator 40 zum Zünden eines Zündlichtbogens und ein Widerstand 41 vorgesehen. Des weiteren sind in einer zwischen einem Anschlußpunkt 42 zwischen der Meßeinrichtung 31 an der elektrodenseitigen Verbindungsleitung 21 und der Glättungsdrossel 11 einerseits und einem Anschlußpunkt 43 zwischen der Diode 33 an der werkstückseitigen Verbindungsleitung 34 und dem Geber 32 andererseits angeordneten Übergangskompensationsschaltung 44 ein Kondensator 45 für den Übergang von einem Zünd- zu einem Hauptlichtbogen und ein Widerstand 46 vorgesehen.
  • Die Wirkungsweise soll nun anhand der oben beschriebenen Anordnung erläutert werden. Zu Beginn des Prozesses wird nach dem Spannungsdurchbruch aufgrund einer HF- Entladung ein Zündlichtbogen gezündet. Da allerdings der Stromanstieg bei speziell vorgesehener Anstiegskompensationsschaltung 39 erfolgt, kann ein allmählicher Anstieg ohne Verzögerung gewährleistet werden. Zu diesem Zeipunkt wird ein Entladestrom vom für die Zündung des Zündlichtbogens vorgesehenen Kondensator 40 von der Meßeinrichtung 31 registriert und durch eine Steuerschaltung 8 gesteuert, indem bei Abschwächung des Entladestroms ein Anstieg eines Steuerstroms eintritt. In der Folge wird sein Stromwert im wesentlichen konstant gehalten, ohne daß er einen bestimmten Wert überschreitet. Anschließend wird beim Übergang von einem Zünd- zu einem Hauptlichtbogen auch der Entladestrom vom Übergangskondensator 45 mit Hilfe der Meßeinrichtung 31 registriert und durch die Steuerschaltung 8 gesteuert, indem ein Steuerstrom ansteigt, wenn sich der Entladestrom abschwächt. Folglich wird sein Stromwert ebenfalls auf einem im wesentlichen konstanten Wert gehalten. Zudem kommt es nicht zu einem Absinken der Spannung zwischen der Elektrode 14 und dem Werkstück 17 unter die Leerlaufspannung, da die zwei Systeme der Anstiegskompensationsschaltung 39 und der Übergangskompensationsschaltung 44 voneinander getrennt ausgeführt sind und die rückwärtssperrende Diode 33 an die werkstückseitige Verbindungsleitung 34 angeschlossen ist, wodurch ein Übergang vom Zünd- zum Hauptlichtbogen begünstigt wird. Es läßt sich ein allmählicher Übergang selbst bei kleinem Durchmesser der Offnung der Düse 15 und bei großem Abstand ermöglichen. Ferner wird die Steuerschaltung 8, wenn der Übergang vom Zünd zum Hauptlichtbogen durch den Geber 32 bestätigt worden ist, in die Betriebsart Steuerung des Hauptlichtbogens umgeschaltet, der Entladestrom des Hauptlichtbogens wird durch die Meßeinrichtung 31 registriert, und es erfolgt eine Rückführung zur Steuerschaltung 8.
  • Die Fig. 7 bis 9 sind Stromlaufpläne einer Stromversorgung für einen Plasmastrahlschneidbrenner entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, eine Vorderansicht der Brenneranlage bzw. ihre Schnittdarstellung. In Fig. 7 ist ein Plasmabrenner 18a ausschließlich zum Bohren und ein Plasmabrenner 18b ausschließlich zum Schneiden vorgesehen, wobei die Elektroden 14a und 14b der Plasmabrenner 18a und 18b an die elektrodenseitige Verbindungsleitung 21 angeschlossen sind. Die Düsen isa und 15b sind mit der düsenseitigen Verbindungsleitung 35 über die Kontakte 13a bzw. 13b verbunden. Die Kontakte 13a und 13b öffnen und schließen auf die Signale der Steuerschaltung 8 hin.
  • In den Fig. 8 und 9 sind die Plasmabrenner 18a und 18b nebeneinander in eine Vorrichtung aufgenommen und lassen sich mit Hilfe einer Kugelumlaufspindel für Brenner in der Richtung der X-Achse auf Schienen 53 verschieben. Die Schienen 53 sind an einem beweglichen Rahmen 54 befestigt, der sich mit Hilfe einer umlaufenden Kugelumlaufspindel 57 entlang der am Tisch 55 befestigten Führung 56 in Richtung der Y-Achse verschieben läßt.
  • Die Wirkungsweise soll nun anhand der oben beschriebenen Anordnung erläutert werden. Zum Zeitpunkt der Bearbeitung des Werkstücks 17 liefert die Steuerschaltung 8 zunächst ein Signal an den Kontakt 13a für den ausschließlich zum Bohren eingesetzten Plasmabrenner 18a, woraufhin dieser schließt. Dann erfolgt in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel ein Übergang vom Zünd- zum Hauptlichtbogen, und es wird gebohrt. Zum Zeitpunkt der Beendigung des Bohrvorganges wird durch die Meßeinrichtung 31 eine Änderung des Entladestroms gemessen, und die Steuerschaltung 8 liefert ein Signal an den Kontakt 13a, woraufhin dieser öffnet; und damit wird die Stromversorgung des ausschließlich zum Bohren eingesetzten Plasmabrenners 18a unterbrochen. Die Brenneraufnahmevorrichtung 51 und der bewegliche Rahmen 54 werden um bestimmte Strecken verschoben, und der ausschließlich zum Schneiden eingesetzte Plasmabrenner 18b wird zu der Stelle verfahren, an der die Bohrung ausgeführt wurde. Nach Verschiebung über einen bestimmten Zeitraum liefert die Steuerschaltung 8 ein Signal an den Kontakt 13b für den ausschließlich zum Schneiden eingesetzten Plasmabrenner 18b, woraufhin dieser schließt. Danach erfolgt in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel ein Übergang vom Zünd- zum Hauptlichtbogen, und es wird nun geschnitten. Durch Verschieben in Richtung der X- und Y-Achse kann das auf dem Tisch 55 aufgenommene und an die werkstückseitige Verbindungsleitung 34 angeschlossene Werkstück 17 mit hoher Präzision und hoher Leistung in einem integrierten Prozeß von Bohren und Schneiden bearbeitet werden.
  • Es sollte darauf hingewiesen werden, daß als andere mögliche Variante ein Motor und ein Kodiergerät eingesetzt werden können, auch wenn der Plasmabrenner mit Hilfe von Kugelumlaufspindeln in Richtung der X- und Y-Achse bewegt wird. Obwohl der Bohrvorgang mittels Strommeßeinrichtung registriert wird, kann dies auch mit Hilfe eines optischen Sensors, Temperaturfühlers usw. unterhalb des Werkstücks erfolgen. Ferner versteht es sich von selbst, daß der Kontakt auch an die elektrodenseitige Verbindungsleitung angeschlossen werden kann, obwohl er nur an die düsenseitige Verbindungsleitung angeschlossen ist. Schließlich läßt sich eine herkömmliche Stromversorgungsschaltung einsetzen, auch wenn als Stromversorgungsschaltung die Schaltung des ersten Ausführungsbeispiels genutzt wird.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Wie oben beschrieben, wird bei dem erfindungsgemäßen Plasmastrahlschneidbrenner und dem Verfahren zur Steuerung desselben ein Übergang vom Zünd- zum Hauptlichtbogen begünstigt, und der Durchmesser der Düsenöffnung kann klein gewählt werden. Folglich läßt sich die Stromdichte erhöhen, und es können große Werte für den Abstand zwischen Plasmabrenner und Werkstück vorgesehen werden. Des weiteren wird die Wahrscheinlichkeit, daß es zu einer Beeinträchtigung des Schneidens durch den Einsatz eines Plasmabrenners kommt, der während des Bohrens beschädigt wird, im wesentlichen auf Null reduziert, wird die Entstehung eines Doppellichtbogens beim Schneiden verhindert. Der erfindungsgemäße Plasmastrahlschneidbrenner und das Verfahren zur Steuerung desselben sind für das Hochpräzisions- und Hochleistungsschneiden von Werkstücken geeignet.

Claims (3)

1. Plasmastrahlschneidbrenner, zu dem eine Umrichterschaltung zum Umformen eines Industrie-Wechselstroms in einen definierten Hochfrequenz-Wechselstrom, eine Gleichrichterschaltung, die an einen Anschluß der Umrichterschaltung angeschlossen ist, eine Glättungsdrossel, die mit der Gleichrichterschaltung in Reihe geschaltet ist, eine Elektrode eines Plasmabrenners&sub7; die mit der Katodenseite einer Reihenschaltung, bestehend aus einer Gleichtrichterschaltung und einer Glättungsdrossel, über eine Kopplungsspule zur Erzeugung einer Hochfrequenzzündspannung verbunden ist, ein Werkstück, das an die Anodenseite der Reihenschaltung angeschlossen ist, und eine Düse des Plasmabrenners, die ebenfalls über einen Widerstand und einen Kontakt an die Anodenseite angeschlossen ist, gehören, dadurch gekennzeichnet, daß der Reihenschaltung, bestehend aus der Gleichrichterschaltung und der Glättungsdrossel, eine Anstiegskompensationsschaltung und eine Übergangskompensationsschaltung, die beide aus einem Lade-, einem Entladekondensator und einem Widerstand bestehen, zwischen einer elektrodenseitigen und einer düsenseitigen Verbindungsleitung bzw. zwischen einer elektrodenseitigen und einer werkstückseitigen Verbindungsleitung parallelgeschaltet sind, daß eine Diode an der werkstückseitigen Verbindungsleitung so angeschlossen ist, daß sie zwischen einen Anschlußpunkt des düsenseitigen Anschlusses und einen Anschlußpunkt der Übergangskompensationsschaltung geschaltet ist, daß ein Geber für die Steuerung eines Stroms an der elektrodenseitigen Verbindungsleitung an einer Stelle näher an der Elektrodenseite als an einem Anschlußpunkt der Anstiegskompensationsschaltung vorgesehen ist, und daß ein Geber zur Registrierung eines Übergangs an der werkstückseitigen Verbindungsleitung näher an der Werkstückseite als der Anschlußpunkt der Übergangsschaltung vorgesehen ist.
2. Plasmastrahlschneidbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Plasmabrenner zum Bohren und mindestens ein Plasmabrenner zum Schneiden zur Ausführung der Arbeitsgänge Bohren und Schneiden vorgesehen sind.
3. Verfahren zum Steuern eines Plasmastrahlschneidbrenners, zu dem eine Umrichterschaltung zum Umformen eines Industrie-Wechselstroms in einen definierten Hochfrequenz-Wechselstrom, eine Gleichrichterschaltung, die an einen Anschluß der Umrichterschaltung angeschlossen ist, eine Glättungsdrossel, die mit der Gleichrichterschaltung in Reihe geschaltet ist, eine Elektrode eines Plasmabrenners, die mit der Katodenseite einer Reihenschaltung, bestehend aus einer Gleichtrichterschaltung und einer Glättungsdrossel, über eine Kopplungsspule zur Erzeugung einer Hochfrequenzzündspannung verbunden ist, ein Werkstück, das an die Anodenseite der Reihenschaltung angeschlossen ist und eine Düse des Plasmabrenners, die ebenfalls über einen Widerstand und einen Kontakt an die Anodenseite angeschlossen ist, gehören, dadurch gekennzeichnet, daß unter Zugrundelegung eines Stromwertes, der mit Hilfe einer Stromsteuerung vorgegeben wird, die auf jede Veränderung einer Anstiegskompensationsschaltung und eines Gebers für die Steuerung eines Stroms reagiert, ein Zündlichtbogen erzeugt wird, daß ein Übergang vom Zündlichtbogen zum Hauptlichtbogen unter Zugrundelegung eines Stromwertes erfolgt, der mit Hilfe einer Stromsteuerung vorgegeben wird, die auf jede Veränderung einer Anstiegskompensationsschaltung und eines Gebers für die Registrierung eines Übergangs reagiert, und daß der Hauptlichtbogen unter Zugrundelegung eines Stromwertes gesteuert wird, der mit Hilfe der Stromsteuerung des Hauptlichtbogens vorgegeben wird, die auf eine Veränderung des Gebers für die Stromsteuerung reagiert.
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