EP1166942A2 - Plasmabrenner - Google Patents

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EP1166942A2
EP1166942A2 EP01890189A EP01890189A EP1166942A2 EP 1166942 A2 EP1166942 A2 EP 1166942A2 EP 01890189 A EP01890189 A EP 01890189A EP 01890189 A EP01890189 A EP 01890189A EP 1166942 A2 EP1166942 A2 EP 1166942A2
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EP
European Patent Office
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electrode
nozzle
pole
voltage source
rod
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EP01890189A
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English (en)
French (fr)
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EP1166942B1 (de
EP1166942A3 (de
Inventor
Gerhard Schwankhart
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Inocon Technologie GmbH
Original Assignee
Inocon Technologie GmbH
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Publication date
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Publication of EP1166942A3 publication Critical patent/EP1166942A3/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/44—Plasma torches using an arc using more than one torch

Definitions

  • the invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
  • the aim of the invention is to overcome these disadvantages avoid and a facility of the type mentioned propose a high welding speed even when allows difficult alloys and with that too it can be ensured that oxide layers formed be removed.
  • the proposed measures make it possible the two rod-shaped electrodes with different poles to connect the voltage sources. This allows you to Plasma pulses with one with the plus pole one Electrode connected to the voltage source are generated Oxide layers ripped open and with the following Plasma pulses with the one with the negative pole Voltage source connected and therefore connected as a cathode Electrode are generated, the base material clean and with large penetration depth are welded, whereby very result in narrow and smooth seams. It can be done with a very high welding speed. Through the Locking the switching devices, each only Allow voltage pulses of approximately 1 to 5 milliseconds ensured that only one electrode was applied at a time can be.
  • Each plasma arc can be ignited by means of a high frequency pulse occur when the level of voltage the individual voltage pulses Breakdown voltage of the distance between the electrode and their respective counterelectrode.
  • the ignition but can also by correspondingly high, the respective Breakdown voltage exceeding voltage pulses themselves to be triggered.
  • claims 9 and 11 effect one Constriction of the plasma, or avoid expanding it due to the friction of the plasma in the air with escapes at high speed, so that a very high concentration the energy is achieved.
  • a receptacle 1 which consists of an electrical insulating material is made.
  • this shot 1 are two holders 2, at the lower ends of electrodes 3, 4 a temperature-resistant material such as Tungsten, used.
  • the holder 2 are made of an electrically highly conductive Material made and are with a central bore 5th provided that in the upper and lower area via radial Bores 6 are connected to chambers 7, 8, of which the Chambers 7, each with a gas channel 109, 109 ', via the plasma gas is fed separately, are connected, and the chambers 8 with one outflow nozzle 9 9 'are connected.
  • nozzles 9, 9 have conical inner walls, the inner wall of the nozzle 9 being substantially parallel to the tapered end portion of the electrode 3, the free End of the electrode 3 can be flattened.
  • the electrode 4 is in contrast to the electrode 3 essentially blunt educated.
  • cooling channel 10 in the receptacle 1 provided that of an inlet 11 to one of the holder 2 of the Electrode 4 penetrates and divided by annular space 12 in two branch channels (Fig. 2) to another from the holder 2 of the Electrode 3 passes through annular space 13 and from this to one Spout 14 leads.
  • connection of the two electrodes 3, 4, or their holder 2 can screw caps 15, or if the Gas channels 109, 109 'have electrically conductive walls, about these are done. In the latter case, the connection can be made via Connection nipples via which gas is supplied are made.
  • a tubular guide 16 between the nozzles 9, 9 ' provided that to serve as an additional material Wire is provided.
  • the guide 16 is cranked out.
  • the recording 1 be made very narrow.
  • the electrode 3 runs in the position of use of the receptacle 1 in essentially vertical and the electrode 4 closes with this an acute angle which is usually 20 ° to 70 ° can.
  • connection head 18 In this connection head 18 are spring-loaded Nipple 20 held axially displaceable, one of which Water supply line 21 and a water discharge line 22 for supply and Removal of cooling water are connected, this spring-loaded connecting nipple 20 when the receptacle is connected 1 engage in the inlet or outlet 11, 14 of the same. Furthermore, 18 are fixed connection nipples 23 in this connection head provided on which plasma gas, e.g. Helium, leading Gas lines 24 are connected. The fixed Connection nipples 23 engage with the receptacle 1 connected Inlets 25 of the gas channels 109, 109 'of the receptacle 1. there are, as with the inlet and outlet 11, 14 in the inlets 25 O-rings used for sealing.
  • plasma gas e.g. Helium
  • connection head 18 arranged pin 26 held in a corresponding Bore 27 engages a receptacle 1. This is ensured that a connection of a recording 1 to the Connection head only in a certain position, in which one correct flow through the gas and cooling channels is given, is possible.
  • connection head 18 can with different Electrodes 3, 4 equipped receptacles 1 are connected, such a change can be carried out very easily can.
  • FIG. 7 shows a detail of the nozzle body 9 for an electrode 3, which is a conical, or substantially has a frustoconical end.
  • the plasma gas flowing through these cold gas channels causes cooling of the nozzle body 9 and causes a further constriction of the exiting from the nozzle 9 Plasma and thus a reduction in the focal spot and thus an increase in energy concentration in this.
  • the Chamber 8 is supplied with plasma gas via a Gas channel 109, 109 ', the upper radial bores 6 of the holder 2, its central bore 5 and the lower radial bores 6th
  • Fig. 8 shows schematically the connection of the device according to the invention.
  • the electrodes 3, 4 with one pole each, one voltage source 31, 32 connected, the respective second pole of each of which has a switching device 33, 34 is connected to a workpiece 30.
  • the two switching devices 33, 34 locked against each other so that only one Switching device 33 or 34 can be switched through. There are only short for the two switching devices 33, 34 Switching times are provided so that the electrodes 3, 4 only impulsed.
  • Typical values are e.g. a Current application of approx. 170 A for a time of approx. 15ms and a pause of approx. 3ms. During this time switches the switching device 33 through and with the plus pole Electrode 4 connecting current source 31 is approx. 250 A for about 3ms applied.
  • Insert 1 insert two electrodes 3 and both with the Minus pole each to connect a DC voltage source 32 and to apply these essentially alternately, whereby however, overlap times can also be provided. There on this way the load of each electrode 3 accordingly is small, electrodes 3 with a small diameter can be used be made, which makes the recording very narrow can.
  • the embodiment according to FIG. 10 differs from that according to FIGS. 1 and 2 in that in the over the gas channels 109, 109 'in connection with the gas connections standing chambers 8 helical ribs 35 are arranged between which are helical channels remain, via which the plasma gas flows to the nozzles 9, 9 '.

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Abstract

Einrichtung mit einem Plasmabrenner mit einer in einer Aufnahme (1) gehaltenen und mit einem elektrischen Anschluß verbundenen stabförmigen, nicht verzehrenden Elektrode (3, 4), die eine mit einem Gasanschluß in Verbindung stehende Düse (9) durchsetzt. Um mit einer solchen Einrichtung rasch und sicher auch schwierige Legierungen schweißen zu können, ist vorgesehen, daß in der aus einem elektrisch nicht leitenden Material hergestellten Aufnahme (1) eine weitere stabförmige nicht verzehrende Elektrode (3, 4) vorgesehen ist, die ebenfalls eine mit einem Gasanschluß in Verbindung stehende Düse (9') durchsetzt, wobei die beiden Elektroden (3, 4) einen spitzen Winkel einschließen und jede mit einer eigenen, Gleichspannungsimpulse liefernden Spannungsquelle (31, 32) verbunden ist, deren Höhe zumindest die Brennspannung eines Lichtbogens zwischen jeweils einer Elektrode (3, 4) und einer dieser zugeordneten, mit der selben Spannungsquelle (31, 32) verbundenen Gegenelektrode übersteigt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei der Schweißung von Leichtmetall und Leichtmetall-Legierungen wird eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art mit lediglich einer stabfömigen Elektrode verwendet. Um eine hohe Schweißgeschwindigkeit bei tiefem Einbrand und schmalen Nähten zu erzielen, wird die stabförmige Elektrode als Kathode geschaltet und als Plasmagas Helium verwendet. Dabei entsteht ein sehr heißes Plasma, das dünne Oxidschichten verdampft. Allerdings ist die nicht bei allen Leichtmetall-Legierungen der Fall.
Um auch solche Legierungen schweißen zu können, wird meist statt mit Gleichstrom mit Wechselstrom geschweißt, oder es wird die Elektrode an den Plus-Pol der Spannungsquelle gelegt. Damit wird zwar eine ständige Beseitigung der Oxidschichten sichergestellt und eine lunkerfreie Schweißverbindung ermöglicht, da die Oxidhaut ständig aufgerissen wird, doch steht diesem Vorteil der Nachteil einer um ca. 2/3 verminderten Schweißgeschwindigleit, verglichen mit einer Gleichstrom/Helium-Schweißung und eine deutliche Zunahme der Breite der Schweißnähte mit vergrößerter Wärmeeinflußzone gegenüber.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die eine hohe Schweißgeschwindigkeit auch bei schwierigen Legierungen ermöglicht und mit der auch sichergestellt werden kann, daß entstehende Oxidschichten entfernt werden.
Erfindungsgemäß wird dies bei einer Einrichtung der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.
Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist es möglich die beiden stabförmigen Elektroden mit unterschiedlichen Polen der Spannungsquellen zu verbinden. Dadurch können mit Plasmaimpulsen, die mit einer mit dem Plus-Pol einer Spannungsquelle verbundenen Elektrode erzeugt werden, die Oxidschichten aufgerissen und mit den nachfolgenden Plasmaimpulsen, die mit der mit dem Minuspol einer Spannungsquelle verbundenen und daher als Kathode geschalteten Elektrode erzeugt werden, das Grundmaterial sauber und mit großer Einbrandtiefe verschweißt werden, wobei sich sehr schmale und glatte Nähte ergeben. Dabei kann mit einer sehr hohen Schweißgeschwindigleit gearbeitet werden. Durch die Verriegelung der Schalteinrichtungen, die jeweils nur Spannungsimpulse von ca. 1 bis 5 Millisekunden zulassen, ist sichergestellt, daß nur jeweils eine Elektrode beaufschlagt werden kann.
Als Gegenelektrode kann zweckmäßigerweise das zu bearbeitende Werkstück geschaltet werden, doch ist es auch möglich, die Düse, bzw. den jeweiligen Düsenkörper aus einem elektrisch leitenden Material herzustellen und als Gegenelektrode zu schalten.
Bei leichter schweißbaren Legierungen können auch beide Elektroden als Kathoden geschaltet werden. In diesem Fall ergibt sich der Vorteil, daß die erforderliche Schweißenergie auf beide Elektroden aufgeteilt werden kann und diese daher dünner ausgebildet werden können. Dies ermöglicht die Herstellung sehr schmaler Aufnahmen von z.B. nur 9mm Breite. Mit solchen Einrichtungen kann daher auch in nur schwer zugänglichen Eckbereichen von Werkstücken geschweißt werden, was die konstruktive Auslegung solcher Teile wesentlich erleichtert.
Aufgrund der beiden getrennten Spannungsquellen, können diese auch im Hinblick auf die Impulslänge und Impulsleistung getrennt gesteuert werden, wodurch eine sehr weitgehende Anpassung an die jeweiligen Erfordernisse möglich ist.
Die Zündung eines jeden Plasmabogens kann mittels eines Hochfrequenzimpulses erfolgen, wenn die Höhe der Spannung der einzelnen Spannungsimpulse die jeweilige Durchschlagsspannung der Strecke zwischen der Elektrode und ihrer jeweiligen Gegenelektrode nicht übersteigt. Die Zündung kann aber auch durch entsprechend hohe, die jeweilige Durchschlagsspannung übersteigende Spannungsimpulse selbst ausgelöst werden.
Sehr günstige Verhältnisse für das Schweißen sehr schwieriger Legierungen ergeben sich durch die Merkmale des Anspruches 3, wobei es sich als vorteilhaft erwiesen hat auch die Merkmale des Anspruches 2 vorzusehen, wobei die als Kathode geschaltete Elektrode vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zum Werkstück steht.
Durch die Merkmale des Anspruches 4 kann der Verschleiß der mit dem Plus-Pol verbundenen Elektrode, die höher beansprucht wird, relativ gering gehalten werden.
Die Merkmale des Anspruches 5 ermöglichen einen einfachen Aufbau der Aufnahme, wobei aber sichergestellt ist, daß die höher belastete Elektrode entsprechend gut gekühlt wird.
Durch Maßnahmen gemäß dem Anspruch 6 kann eine Ionisierung des aus der Düse ausströmenden Plasmagases im Bereich zwischen der Elektrode und der Düse aufgrund eines HF-Überschlages erreicht und damit die Zündung eines Lichtbogens zwischen der Elektrode und dem Werkstück aufgrund der angelegten Gleichspannung erreicht werden. Dabei ergibt sich auch eine sehr weitgehende Schonung des Plasmabrenners, da dieser nicht von dem sonst üblichen Pilotlichtbogen belastet ist.
Durch die Ionisierung aufgrund des HF-Überschlages, der die Düse thermisch nur sehr wenig beansprucht, ist es auch bei Verwendung von Helium als Plasmagas möglich, selbst über größere Abstände zwischen der Elektrode und dem Werkstück von z.B. 10mm problemlos zu zünden.
Die Verwendung einer aus einem elektrisch gut leitenden Material hergestellten Düse und deren Verbindung über einen hochohmigen elektrischen Widerstand mit dem mit dem Werkstück verbundenen Pol der Spannungsquelle ist auch bei erfindungsgemäßen Einrichtungen von Vorteil, bei denen der Pluspol der Spannungsquelle mit der die Düse durchsetzenden Elektrode verbunden ist.
Durch die Merkmale des Anspruches 8 kann eine solche Einrichtung sehr universell eingesetzt werden.
Die Merkmale des Anspruches 9 und 11 bewirken eine Einschnürung des Plasmas, bzw. vermeiden eine Aufweitung desselben aufgrund der Reibung des Plasmas an der Luft, das mit hoher Geschwindigkeit austritt, sodaß eine sehr hohe Konzentration der Energie erreicht wird.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
  • Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
  • Fig. 2 einen Querschnitt durch die Einrichtung nach der Fig. 1,
  • Fig. 3 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
  • Fig. 4 eine Draufsicht auf die Einrichtung nach der Fig. 3,
  • Fig. 5 und 6 eine Einrichtung nach den Fig. 3 und 4 mit Versorgungsteil, teilweise geschnitten, in Ansicht und Draufsicht,
  • Fig. 7 ein Detail des Düsenbereichs,
  • Fig. 8 schematisch die elektrische Versorgung der Einrichtung,
  • Fig. 9 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Spannungsbeaufschlagung der Elektroden einer erfindungsgemäßen Einrichtung und
  • Fig. 10 ein Variante der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 im Schnitt.
    • Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 ist eine Aufnahme 1 vorgesehen, die aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist. In dieser Aufnahme 1 sind zwei Halter 2, an deren unteren Enden Elektroden 3, 4 aus einem temperaturbeständigen Material, wie z.B. Wolfram, eingesetzt.
    Die Halter 2 sind aus einem elektrisch gut leitenden Material hergestellt und sind mit einer zentralen Bohrung 5 versehen, die im oberen und unteren Bereich über radiale Bohrungen 6 mit Kammern 7, 8 verbunden sind, von denen die Kammern 7 mit je einem Gaskanal 109, 109', über die Plasmagas getrennt zugeführt wird, verbunden sind, und die Kammern 8 mit je einer Ausströmdüse 9 9' verbunden sind.
    Diese Düsen 9, 9' weisen kegelige Innenwände auf, wobei die Innenwand der Düse 9 im wesentlichen parallel zum kegeligen Endbereich der Elektrode 3 verläuft, wobei das freie Ende der Elektrode 3 abgeflacht sein kann. Die Elektrode 4 ist im Gegensatz zur Elektrode 3 im wesentlichen stumpf ausgebildet.
    Weiters ist in der Aufnahme 1 ein Kühlkanal 10 vorgesehen, der von einem Zulauf 11 zu einem vom Halter 2 der Elektrode 4 durchsetzten Ringraum 12 und von diesem, aufgeteilt in zwei Zweigkanäle (Fig. 2) zu einem weiteren vom Halter 2 der Elektrode 3 durchsetzten Ringraum 13 und von diesem zu einem Auslauf 14 führt.
    Der elektrische Anschluß der beiden Elektroden 3, 4, bzw. deren Halter 2 kann über Schraubkappen 15, oder falls die Gaskanäle 109, 109' elektrisch leitende Wände aufweisen, über diese erfolgen. Im letzteren Fall kann der Anschluß über Anschlußnippel, über die Gas zugeführt wird, erfolgen.
    Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 ist zwischen den Düsen 9, 9' eine rohrförmige Führung 16 vorgesehen, die zur Führung eines als Zusatzmaterial dienenden Drahtes vorgesehen ist. Dabei ist die Führung 16 ausgekröpft.
    Wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, kann die Aufnahme 1 sehr schmal ausgebildet werden.
    Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 und 2 verläuft die Elektrode 3 in der Gebrauchslage der Aufnahme 1 im wesentlichen vertikal und die Elektrode 4 schließt mit dieser einen spitzen Winkel ein der in der Regel 20° bis 70° betragen kann.
    Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4, sind zwei gleiche Elektroden 3 vorgesehen, die beide einen Winkel mit der Vertikalen einschließen.
    Wie aus der Fig. 5 zu ersehen ist, weist die Aufnahme 1 flanschartige Fortsätze 16 auf, die von Schrauben 17 durchsetzt sind, mit denen die Aufnahme 1 an einem Anschlußkopf 18 befestigt werden kann, wobei die Schrauben 17 in Gewindebohrungen 19 des Anschlußkopfes 18 eingreifen.
    In diesem Anschlußkopf 18 sind federbelastete Anschlußnippel 20 axial verschiebbar gehalten, an denen eine Wasserzuleitung 21 und eine Wasserableitung 22 zur Zu- und Abfuhr von Kühlwasser angeschlossen sind, wobei diese federbelasteten Anschlußnippel 20 bei angeschlossener Aufnahme 1 in den Zu- bzw. Auslauf 11, 14 derselben eingreifen. Weiters sind in diesem Anschlußkopf 18 feststehende Anschlußnippel 23 vorgesehen, an denen Plasmagas, z.B. Helium, führende Gasleitungen 24 angeschlossen sind. Die feststehenden Anschlußnippel 23 greifen bei angeschlossener Aufnahme 1 in die Einlässe 25 der Gaskanäle 109, 109' der Aufnahme 1 ein. Dabei sind, wie auch beim Zu- und Auslauf 11, 14 in den Einlässen 25 O-Ringe zur Abdichtung eingesetzt.
    Weiters ist in dem Anschlußkopf 18 ein außermittig angeordneter Stift 26 gehalten, der in eine entsprechende Bohrung 27 einer Aufnahme 1 eingreift. Dadurch ist sichergestellt, daß ein Anschluß einer Aufnahme 1 an den Anschlußkopf nur in einer bestimmten Lage, in der eben eine richtige Durchströmung der Gas- und Kühlkanäle gegebenen ist, möglich ist.
    An den Anschlußkopf 18 können mit verschiedenen Elektroden 3, 4 bestückte Aufnahmen 1 angeschlossen werden, wobei ein solcher Wechsel sehr einfach durchgeführt werden kann.
    Die Fig. 7 zeigt ein Detail des Düsenkörpers 9 für eine Elektrode 3, die ein kegeliges, bzw. im wesentlichen kegelstumpfförmiges Ende aufweist. Dabei verläuft die Innenwand 27 des Düsenkörpers 9 im wesentlichen parallel zum kegeligen Ende der Elektrode 3. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, daß das Plasmagas schräg gegen die Achse der Düse 9 gerichtet austritt und daher der Tendenz des austretenden Plasmas sich mit größer werdender Entfernung von der Mündung der Düse 9 aufgrund der Reibung an der Umgebungsluft aufzuweiten entgegengewirkt wird und sich daher auf einem zu bearbeitenden Werkstück in erwünschter Weise ein nur kleiner Brennfleck ergibt.
    Dabei sind in dem Düsenkörper 9 dessen kegelige Düsenbohrung 28 umgebende Kaltgaskanäle 29 vorgesehen, die gleichmäßig verteilt um die Düsenbohrung 28 konzentrisch angeordnet sind. Dabei bilden die Achsen dieser Kaltgaskanäle 29, von denen meist eine ungerade Zahl, z.B. 3, 5 oder 7 vorgesehen sind, Erzeugende einer Kegelfläche, deren Achse konzentrisch zur Achse der Düsenbohrung 28 liegt. Diese Kaltgaskanäle sind zur Kammer 8 hin offen und münden an der Stirnfläche des Düsenkörpers 9.
    Das diese Kaltgaskanäle durchströmende Plasmagas bewirkt einerseits eine Kühlung des Düsenkörpers 9 und bewirkt eine weitere Einschnürung des aus der Düse 9 austretenden Plasmas und damit eine Verkleinerung des Brennflecks und somit eine Erhöhung der Energiekonzentration in diesem. Die Versorgung der Kammer 8 mit Plasmagas erfolgt über einen Gaskanal 109, 109', die oberen radialen Bohrungen 6 des Halters 2, dessen zentrale Bohrung 5 und die unteren radialen Bohrungen 6.
    Die Fig. 8 zeigt schematisch den Anschluß der erfindungsgemäßen Einrichtung. Dabei sind die Elektroden 3, 4 mit je einem Pol je einer Spannungsquelle 31, 32 angeschlossen, deren jeweils zweiter Pol über je eine Schalteinrichtung 33, 34 mit einem Werkstück 30 verbunden ist.
    Dabei sind die beiden Schalteinrichtungen 33, 34 gegeneinander verriegelt, sodaß jeweils nur eine Schalteinrichtung 33 oder 34 durchgeschaltet sein kann. Dabei sind für die beiden Schalteinrichtungen 33, 34 nur kurze Durchschaltzeiten vorgesehen, sodaß die Elektroden 3, 4 nur impulsweise beaufschlagt werden.
    Für viele Anwendungen ist die in Schweißrichtung hinten liegende Elektrode 3 als Kathode geschaltet und mit dem Minus-Pol der Spannungsquelle 32 verbunden.
    Typische Werte sind dabei z.B. eine Strombeaufschlagung von ca. 170A für eine Zeit von jeweils ca. 15ms und eine Pause von ca. 3ms. Während dieser Zeit schaltet die Schalteinrichtung 33 durch und die mit dem Plus-Pol der Stromquelle 31 verbindende Elektrode 4 wird mit ca: 250A für ca. 3ms beaufschlagt.
    Bei einer solchen Betriebsweise können auch schwierig zu schweißende Legierungen sehr gut und rasch geschweißt werden, da durch die Beaufschlagung der Elektrode 4 die dadurch entstehenden Plasmaimpulse allfällige Oxidhäute sicher aufreißen und mit den nachfolgenden, durch die Beaufschlagung der Elektrode 3 bewirkten Plasmaimpulse das Grundmaterial sehr gut verschweißt werden kann.
    Für bestimmte Anwendungen ist es auch möglich in die Aufnahme 1 zwei Elektroden 3 einzusetzen und beide mit dem Minus-Pol je einer Gleichspannungsquelle 32 zu verbinden und diese im wesentlichen abwechselnd zu beaufschlagen, wobei jedoch auch Überlappungszeiten vorgesehen sein können. Da auf diese Weise die Belastung einer jeden Elektrode 3 entsprechend gering ist, können Elektroden 3 mit kleinem Durchmesser verwendet werden, wodurch die Aufnahme sehr schmal gebaut werden kann.
    Die Ausführungsform nach der Fig. 10 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 1 und 2 dadurch, dass in den über die Gaskanäle 109, 109' mit den Gasanschlüssen in Verbindung stehenden Kammern 8 schraubenlinienförmige Rippen 35 angeordnet sind, zwischen denen schraubenlinienförmig verlaufende Kanäle verbleiben, über die das Plasmagas zu den Düsen 9, 9' strömt.
    Dadurch wird diesem ein Drall aufgezwungen, der zu einer Stabilisierung des aus den Düsen 9, 9' mit hoher Geschwindigkeit austretenden Plasmas führt, wodurch eine Aufweitung des Plasmas aufgrund der Reibung an der im wesentlichen stehenden Luft weitgehend vermieden wird und sich auf dem zu bearbeitenden Werkstück 30 ein sehr kleiner Brennfleck mit hoher energiedichte ergibt.

    Claims (12)

    1. Einrichtung mit einem Plasmabrenner mit einer in einer Aufnahme (1) gehaltenen und mit einem elektrischen Anschluß verbundenen stabförmigen, nicht verzehrenden Elektrode (3, 4), die eine mit einem Gasanschluß in Verbindung stehende Düse (9) durchsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß in der aus einem elektrisch nicht leitenden Material hergestellten Aufnahme (1) eine weitere stabförmige nicht verzehrende Elektrode (3, 4) vorgesehen ist, die ebenfalls eine mit einem Gasanschluß in Verbindung stehende Düse (9') durchsetzt, wobei die beiden Elektroden (3, 4) einen spitzen Winkel einschließen und jede mit einer eigenen, Gleichspannungsimpulse liefernden Spannungsquelle (31, 32) verbunden ist, deren Höhe zumindest die Brennspannung eines Lichtbogens zwischen jeweils einer Elektrode (3, 4) und einer dieser zugeordneten, mit der selben Spannungsquelle (31, 32) verbundenen Gegenelektrode übersteigt, wobei die Spannungsversorgung bei unterschiedlicher Polung der beiden Elektroden (3, 4) über gegeneinander verriegelte Schalteinrichtungen (S1, S2) erfolgt, die eine gleichzeitige Spannungsbeaufschlagung der beiden stabförmigen Elektroden (3, 4) unterbinden.
    2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden stabförmigen Elektroden (3, 4) einen Winkel von 20° bis 70°, vorzugsweise 30° einschließen.
    3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Pol einer jeden Spannungsquelle (31, 32) an einem zu bearbeitenden Werkstück (30) anschließbar ist, und die beiden stabförmigen Elektroden (3, 4) an unterschiedlichen Polen der beiden Spannungsquellen (31, 32) angeschlossen sind, wobei die mit einem Plus-Pol verbundene Elektrode (4) in Schweißrichtung vorne liegt.
    4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einem Plus-Pol verbundene Elektrode (4) im Bereich ihres aus der Düse (9') vorragenden freien Endes im wesentlichen stumpf ausgebildet ist, wogegen die mit einem Minus-Pol verbundene Elektrode (3) im Bereich ihres freien Endes im wesentlichen kegelförmig ausgebildet ist.
    5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Aufnahme (1) ein Kühlkanal (10) vorgesehen ist, der in der Aufnahme (1) angeordnete und von den stabförmigen Elektroden (3, 4) oder deren Halter (2) durchsetzte Kammern (8) miteinander in Reihe und mit einem Zulauf (11) und einem Ablauf (14) verbindet, wobei jene Kammer (8), die von der mit einem Plus-Pol verbundenen Elektrode (4) durchsetzt ist, mit dem Zulauf (11) verbunden ist.
    6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest jene Düse (9), die von einer mit dem Minus-Pol der jeweiligen Spannungsquelle (32) verbundenen Elektrode (3) durchsetzt ist, aus einem elektrisch gut leitenden Material hergestellt und über einen hochohmigen elektrischen Widerstand (1R2) im Bereich von 103 bis 106 Ohm, vorzugsweise 105 Ohm, mit dem mit dem Werkstück (30) verbundenen Pol der Spannungsquelle (32) verbunden ist.
    7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest jene Düse (9), die von einer mit dem Plus-Pol der jeweiligen Spannungsquelle (32) verbundenen Elektrode (3) durchsetzt ist, aus einem elektrisch gut leitenden Material hergestellt und über einen hochohmigen elektrischen Widerstand (1R2) im Bereich von 103 bis 106 Ohm, vorzugsweise 105 Ohm, mit dem mit dem Werkstück (30) verbundenen Pol der Spannungsquelle (32) verbunden ist.
    8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Aufnahme (1) zwischen den von den stabförmigen Elektroden (3, 4) durchsetzten Düsen (9, 9') eine Führung (16) für einen als Zusatzmaterial dienenden Draht vorgesehen ist.
    9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einem Minus-Pol einer Spannungsquelle (32) verbundene Elektrode (3) eine konische Düse (9) mit ihrem kegeligen freien Endbereich durchsetzt, wobei die Kegelflächen der Düse (9) und der Elektrode (3) im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und einen Kegelwinkel von ca. 20° aufweisen.
    10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einem Plus-Pol einer Spannungsquelle (31) verbundene Elektrode (4) eine im wesentlichen zylindrische Düse (9') durchsetzt und zwischen deren Innenwand und der Elektrode (4) ein im wesentlichen konstanter Ringspalt verbleibt.
    11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper der Düsen (9) mit dem jeweiligen Gasanschluß in Verbindung stehende Kaltgaskanäle (29) aufweisen, die konzentrisch zur Achse der Düsenbohrung (2) und gleichmäßig um diese verteilt angeordnet sind und an der freien Stirnseite der Düse (9) offen sind, wobei die Achsen dieser Kaltgaskanäle (29) Erzeugende einer Kegelfläche bilden, deren Spitze vor dem freien ende der Elektrode (3) liegt.
    12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in einer mit einem Gasanschluß in Verbindung stehenden und von einer Elektrode (3, 4), bzw. deren Halter (2) durchsetzten Kammer (8) schraubenlinienförmig verlaufende Rippen (30) angeordnet sind, die schraubenlinienförmige Kanäle definieren.
    EP01890189A 2000-06-21 2001-06-19 Plasmabrenner Expired - Lifetime EP1166942B1 (de)

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    AT01890189T ATE335565T1 (de) 2000-06-21 2001-06-19 Plasmabrenner

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