Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Plasmastrahlschneidbrenner zum Präzisions- und
Hochleistungsschneiden von Werkstücken und ein Verfahren zur Steuerung des Brenners.
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Der Erfindung zugrundeliegender Stand der Technik
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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.
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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung soll zunächst ein herkömmlicher
Plasmastrahlschneidbrenner mit dem in Fig. 1 dargestellten Aufbau erläutert werden.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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Beim Hochpräzisions- und Hochleistungsschneiden eines Werkstücks mit Hilfe eines
solchen Plasmastrahlschneidbrenners ist folgendes anzustreben:
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(1) Der Durchmesser der Düsenöffnung sollte klein gehalten werden, so daß der
Lichtbogen begrenzt wird, wodurch die Stromdichte des Lichtbogens erhöht wird.
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(2) Die Menge an geschmolzenem Metall, das an der Düse haftet, sollte auf einem
Minimalwert gehalten werden.
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(3) Die Entstehung eines zu einer Verschlechterung der Parameter der Düse und zu einer
Minderung der Schneidqualität führenden Doppellichtbogens sollte vermieden werden.
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Im Zusammenhang mit dem bisherigen Stand der Technik treten jedoch die folgenden
Probleme auf:
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(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.
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(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.
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(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.
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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:
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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.
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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.
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Ferner sind zum Zeitpunkt des Lochstechvorgangs für das Bohren und Schneiden
mindestens ein Plasmabrenner zum Bohren und mindestens ein Plasmabrenner zum
Schneiden vorgesehen.
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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.
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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.
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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:
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Fig. 1 einen Stromlaufplan einer Stromversorgung für einen herkömmlichen
Plasmastrahlschneidbrenner;
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Fig. 2 eine Darstellung des mit einem Plasmabrenner an einem Werkstück ausgeführten
Bohr- und Schneidvorgangs;
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Fig. 3(a) und 3(b) Prinzipdarstellungen zum Zeitpunkt der Unterbrechung des
Plasmastrahlschneidvorgang gemäß dem Stand der Technik;
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Fig. 4(a) und 4(b) Prinzipdarstellungen eines herkömmlichen
Plasmastrahlschneidvorgangs;
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Fig. 5(a) und 5(b) Prinzipdarstellungen für die Entstehung eines Doppellichtbogen beim
herkömmlichen Plasmastrahlschneidvorgang;
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Fig. 6 einen Stromlaufplan einer Stromversorgung für einen Plasmastrahlschneidbrenner
entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 7 einen Stromlaufplan einer Stromversorgung für einen Plasmastrahlschneidbrenner
entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 8 eine Vorderansicht einer Plasmastrahlschneidanlage entsprechend einem zweiten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 9 einen Querschnitt auf der Linie IX-IX von Fig. 8.
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Bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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.