EP3491896A1 - Plasmabrenner - Google Patents

Plasmabrenner

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Publication number
EP3491896A1
EP3491896A1 EP17754286.7A EP17754286A EP3491896A1 EP 3491896 A1 EP3491896 A1 EP 3491896A1 EP 17754286 A EP17754286 A EP 17754286A EP 3491896 A1 EP3491896 A1 EP 3491896A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plasma torch
plasma
secondary medium
sgi
nozzle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP17754286.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Krink
Timo Grundke
Frank Laurisch
René Nogowski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kjellberg Stiftung
Original Assignee
Kjellberg Stiftung
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kjellberg Stiftung filed Critical Kjellberg Stiftung
Publication of EP3491896A1 publication Critical patent/EP3491896A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/26Plasma torches
    • H05H1/32Plasma torches using an arc
    • H05H1/34Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/341Arrangements for providing coaxial protecting fluids
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/26Plasma torches
    • H05H1/28Cooling arrangements
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/26Plasma torches
    • H05H1/32Plasma torches using an arc
    • H05H1/34Details, e.g. electrodes, nozzles
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/26Plasma torches
    • H05H1/32Plasma torches using an arc
    • H05H1/34Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3457Nozzle protection devices

Definitions

  • the invention relates to a plasma torch, in particular a plasma cutting torch.
  • Plasma is a thermally highly heated electrically conductive gas, which consists of positive and negative ions, electrons and excited and neutral atoms and molecules.
  • the plasma gas used is a variety of gases, for example the monatomic argon and / or the diatomic gases hydrogen, nitrogen, oxygen or air. These gases ionize and dissociate through the energy of an arc.
  • the narrowed by a nozzle arc is then referred to as plasma jet.
  • the plasma jet can be greatly influenced in its parameters by the design of the nozzle and electrode. These parameters of the plasma jet are, for example, the beam diameter, the temperature, the energy density and the flow velocity of the gas.
  • the plasma In plasma cutting, the plasma is usually constricted by means of a nozzle, which may be gas or water cooled. As a result, energy densities up to 2x10 6 W / cm 2 can be achieved. Temperatures of up to 30,000 ° C occur in the plasma jet, which, in combination with the high flow velocity of the gas, result in very
  • Plasma torches usually consist of a plasma torch head and a plasma torch shaft. In the plasma burner head, an electrode and a nozzle are attached. Between them flows the plasma gas, which exits through the nozzle bore. Most often, the plasma gas is passed through a gas guide that is mounted between the electrode and the nozzle and can be rotated.
  • Modern plasma torches also have a secondary fluid supply, either a gas or a liquid.
  • the nozzle is then surrounded by a nozzle cap.
  • the nozzle is fixed in particular in the case of liquid-cooled plasma torches by a nozzle cap, as described, for example, in DE 10 2004 049 445 A1.
  • Between the nozzle cap and the nozzle then flows the cooling medium.
  • the secondary medium then flows between the nozzle or the nozzle cap and the nozzle protection cap and emerges from the bore of the nozzle protection cap. It influences the plasma jet formed by the arc and the plasma gas. It can be set in rotation by a gas guide which is arranged between nozzle or nozzle cap and nozzle cap.
  • the nozzle protection cap protects the nozzle and the nozzle cap from the heat or the ejected molten metal of the workpiece, in particular when piercing the plasma jet into the material of the workpiece to be cut. In addition, it creates a defined atmosphere around the plasma jet during cutting.
  • nitrogen is often used as a secondary gas to prevent alloyed steels plasma cutting from contacting and oxidizing the oxygen in the ambient air with the hot cut edges.
  • nitrogen causes the surface tension of the surface Melt reduced and thus better driven out of the kerf. There are beard-free cuts.
  • valves and the plasma torch This is particularly critical if it is necessary to switch between different secondary media, for example an oxidizing (oxygen, air) and a non-oxidizing gas or gas mixture. Also critical is switching between a liquid (eg water, emulsion, oil,
  • Aerosol and a gas
  • a common feeder eg a hose
  • the gas must first rinse all the remaining liquid in it. This can take several 100 ms.
  • valves on plasma torch shaft is unfavorable for mounting in the guide system, especially for swivel units, this is disturbing.
  • plasma cutting torch is guided by at least one supply at least one secondary medium through a housing of the plasma torch up to a Düsenschutzkappenö réelle and / or other openings that are present in a nozzle cap.
  • at least one valve for opening and closing the supply is provided directly inside the housing of the plasma torch.
  • the feed can be divided into at least two parallel feeds through which secondary medium flows in the direction of the nozzle protective cap opening and / or further openings and within the housing then at least two valves for opening and closing the respective split feed are present, which can each be activated individually , so that there is the possibility that one of the valves alone can open the supply of the secondary medium, secondary medium can flow simultaneously through both split feeders or a switchover can take place from one to the other split supply line.
  • At least two feeds for two different secondary media can be guided through the housing of the plasma torch up to a nozzle protection cap opening and / or further openings which are present in the nozzle protection cap and at least one each in the feeds for a respective secondary medium within the housing Valve for opening and closing the respective feeder is present.
  • the feeds should be designed so that the merging of the split feeders for a secondary medium or the merging of the feeds for different secondary media within the housing of the plasma torch, within the plasma head, in a space formed with the nozzle or nozzle cap and the nozzle cap, the supply flow of the secondary media streams from the split feeds and / or before, during or after passing through a gas guide of the plasma torch takes place. Accordingly, the confluence should occur within the housing, or plasma head.
  • At least two ports or two sets of ports carrying the respective secondary media (s) should be present on the gas guide. With these openings, a targeted influence on the emerging from the openings secondary media can be achieved. These openings can be different sized and geometrically designed free
  • Openings of different groups can be arranged radially offset from each other. The number of openings in the individual groups can be chosen differently.
  • the arranged within the housing valves can be operated electrically, pneumatically or hydraulically and particularly preferably be designed as an axial valve.
  • the valves arranged in the housing should have a maximum outside diameter or a maximum mean surface diagonal of 15 mm not more than 11 mm and / or a maximum length of 50 mm, preferably not more than 40 mm, more preferably not more than 30 mm and / or the maximum outer diameter of the housing should be 52 mm and / or the maximum outer diameter of the valves should be a maximum of J4, preferably a maximum Have 1/5 of the outer diameter or a maximum average surface diagonal of the housing and / or require a maximum electrical power consumption of 10 W, preferably 3 W, particularly preferably 2 W for their operation.
  • the respective secondary medium or the plasma gas should flow through the winding of a coil (S) in order to achieve a cooling effect.
  • it can be designed as a quick-change burner with a plasma burner shaft that can be separated from a plasma burner head. This can be achieved quickly and easily to different machining tasks.
  • the nozzle guard should have at least one opening through which at least a portion of one of the secondary media flows, in addition to the nozzle guard opening or a retainer of the nozzle guard.
  • one secondary medium in each case can exit through one or more selected openings in the direction of the workpiece surface.
  • gaseous and / or liquid secondary media can be used gaseous and / or liquid secondary media.
  • gases for example selected from oxygen, nitrogen and a noble gas
  • liquids for example selected from water, an emulsion, oil and an aerosol or a gaseous and a liquid secondary medium.
  • two secondary medium mixtures which are each formed with the same gases and / or liquids and thereby differ only the proportions of the secondary media forming the respective mixture. This can be, for example, a different proportion of oxygen contained in the secondary media mixture.
  • the valve (s) disposed in a secondary fluid supply should be opened when at least a portion of the electrical cutting current flows through the workpiece, such that secondary medium from the plasma torch flows through the workpiece Can flow towards the workpiece surface.
  • the valve (s) should be kept closed. This can be achieved with a controller, which is preferably connected to a database.
  • a liquid or a liquid-gas mixture may be used as a secondary medium and a gas or gas mixture may be used as a secondary medium for cutting.
  • valve (s) disposed in a secondary fluid supply should be opened at the earliest at the time such that secondary fluid flows from the nozzle cap bore at which the workpiece is at least about 1 when piercing a workpiece / 3, better half and best of all has been completely punctured.
  • At least one valve which is arranged in a feed for secondary medium, should be able to be switched off during the start of cutting, between two cutting sections, when passing over a kerf F or at the cutting end. There is the possibility of switching two valves, which are arranged in two different feeds for secondary medium, during or during these processing tasks. That that a previously open valve closed and a hitherto closed valve can be opened.
  • the parameters of the secondary medium (as described above) and to change at least one other parameter of the plasma cutting process.
  • This can be, for example, an adaptation of the electrical parameters, an adjustment of the feed rate, the volume flow, the distance of the plasma torch to the workpiece surface and / or the composition of the plasma gas.
  • all parameters can be stored in a database and used so that an automatic operation with a control of the plasma torch is possible.
  • the parameters for the respective machining of a workpiece can also be present in the database and used.
  • FIG. 1 shows in schematic form a sectional view through an example of a plasma torch according to the invention with a secondary medium supply with a valve and a plasma gas supply;
  • FIG. 2 shows in schematic form a sectional view through an example of a plasma torch according to the invention with a secondary medium supply with two valves and a plasma gas supply;
  • FIG. 4 is a schematic sectional view through a further example of a plasma torch according to the invention with a secondary medium feed with two valves and a plasma gas feed;
  • Figure 5a u. b a guide for secondary media; in schematic form a sectional view through an example of a plasma torch according to the invention with two Sekundärmediumzu exiten with two valves and a plasma gas supply; in schematic form a sectional view through a further example of a plasma torch according to the invention with two secondary media supplies with two valves and a plasma gas supply; in schematic form a sectional view through another example of a plasma torch according to the invention with two Sekundärmediumzu exiten with two valves and a plasma gas supply; in schematic form a sectional view through an example of a plasma torch according to the invention with two Sekundärmediumzu exiten with two valves and a plasma gas supply with a valve and a vent valve; in schematic form a sectional view through an example of a plasma torch according to the invention with two Sekundärmediumzu exiten with two valves and two plasma gas supplies with two valves and a vent valve;
  • Figure 11 is a sectional view of a usable in the invention
  • Figure 13 shows another possibility for the arrangement of valves within the housing of a plasma torch.
  • Figure 14 shows another possibility for the arrangement of valves within the housing of a plasma torch.
  • Figure 15a u. b a sectional contour with large and small sections (contours)
  • Figure 16a u. b is a sectional contour with vertical and chamfer cut
  • FIG. 1 shows a plasma torch 1 with a plasma burner head 2 with a nozzle 21, an electrode 22, a nozzle protection cap 25, a supply 34 for a plasma gas PG1, a secondary medium feed SGI 61 and a plasma burner shaft 3 having a housing 30.
  • the plasma torch shaft 3 may be integrally formed and formed only with a correspondingly configured housing 30, where all the necessary components can be present and formed.
  • the feed 61 may be outside the housing 30 a gas hose, which is connected to a supply of secondary medium SGI with a coupling unit 5.
  • the gas hose is followed by another part of the supply 61 and the valve 63, which are arranged inside the housing 30.
  • the feeder 34 may be outside the housing 30 a gas hose, which is connected for a supply of plasma gas PGl with a coupling unit 5.
  • a solenoid valve 51 for opening and closing the feeder 34 is arranged.
  • the gas hose is followed by a further part of the feed 34, which is formed inside the housing 30.
  • the electrode 22 and the nozzle 21 are spaced apart by the gas guide 23 so that a space 24 is formed within the nozzle 21.
  • the feed 34 of the plasma gas PG1 is connected to the space 24. the.
  • the nozzle 21 has a nozzle bore 210 which, depending on the electrical cutting current, may vary in diameter from 0.5 mm for 20 A to 7 mm for 800 A.
  • the gas guide 23 also has openings or bores (not shown) through which the plasma gas PG1 flows. These can also be designed in different size or diameter and even number.
  • the nozzle 21 and the nozzle guard 25 are spaced apart so that the spaces 26 and 28 are formed within the nozzle guard 25.
  • the space 26 is located in the flow direction of the secondary medium SGI in front of the guide 27, the space 28 is located between the guide 27 and the Düsenschutzkappenö réelle 250.
  • the flow of the secondary medium SGI for example, a gas, gas mixture, a Liquid or a gas-liquid mixture are symmetrized and / or rotated.
  • the nozzle 21 may also be replaced by a nozzle cap or the like. be fixed (not shown). Then, the nozzle cap and the nozzle cap form the spaces 26 and 28.
  • the secondary gas SGI is thus passed via the supply 61 and arranged in the plasma torch valve 63 into the space 26, symmetrized by the guide 27 and set in rotation.
  • the secondary gas SGI then flows into the space 28 then exits the nozzle guard opening 250.
  • one or more further holes 250a are located, through which the secondary medium SGI flows.
  • the valve 63 is designed as an axial valve in a small design. For example, it has an outer diameter D of 11 mm and a length L of 40 mm. It requires a low electrical power for operation, here for example about 2 W to reduce the heating in the housing 30.
  • the plasma gas PG1 flows through the open valve 51 and the supply 34 into the housing 30 and from there into the space 24 between the electrode 22 and the nozzle 21 and ultimately flows through the nozzle bore 210 and the Düsenschutzkappenöff - 250 out.
  • the valve 51 is closed again and the supply 34 of the plasma gas PG1 is drained.
  • the secondary medium in this example a gas (secondary gas SGI), can be switched through the valve 63 at the same time as the valve 51 of the plasma gas PG1. Due to the inventive arrangement of the valve 63 in the plasma burner shaft 3 and close to the plasma burner head 2, the secondary medium SGI can be switched on and off at other times.
  • a gas secondary gas SGI
  • the pilot arc with low electric current for example 10 A to 30 A, which burns between the electrode 22 and the nozzle 21, is ignited.
  • the plasma jet 6 generated by the pilot arc touches the workpiece W to be cut, the arc is transferred from the nozzle 21 to the workpiece W.
  • the control of the plasma cutting system detects this sensory and increases the electrical current to the required value, depending on the workpiece thickness in the processing area to 30
  • the secondary medium SGI is not needed yet. It even disturbs and shortens the plasma jet 6 emerging from the nozzle 21, since it flows sideways. Therefore, the plasma torch 1 must be positioned closer to the workpiece W with its nozzle guard opening 250 and / or openings 250a. This in turn leads to jeopardy of the nozzle cap 25 and the nozzle 21 by hot high-pressure molten material. Remedy here creates the connection of the secondary medium SGI only at the time at which at least a portion of the electrical cutting current flows over the workpiece W and the arc is at least partially transferred to the workpiece W.
  • the nozzle guard opening 250 of the plasma torch 1 can be positioned far enough away from the upper surface of the workpiece for piercing, and the arc still transitions.
  • an arrangement according to the invention which ensures the fast, only a little time-delayed feeding and flowing after switching on the valve 63 of the secondary medium SGI, the nozzle cap 25 and the nozzle 21 are protected from high-injection molten hot material of the workpiece W to be machined. This is especially important for thick parts to be cut with thicknesses of approx. 20 mm.
  • Cutting quality includes perpendicularity and inclination tolerance, roughness and beard attachment, as well as groove after-run (DIN EN ISO 9013).
  • a non-flowing secondary medium SGI can also have a positive effect when crossing over kerfs F or when cutting corners or curves.
  • the oscillation or pulsation of the plasma jet 6 can be reduced.
  • Plasma torch 1 two parallel valves 63 and 64.
  • the supply 61 of the secondary medium SGI is thus divided into the feeds 61a with the valve 64 and 61b with the valve 63.
  • a shutter 65 is installed, which reduces the volume flow compared to the feed 61b, which can be achieved by the correspondingly smaller free cross section through which the secondary medium SGI can flow.
  • the feeds 61a and 61b of the partial gas streams of secondary medium SGla and SGlb of the secondary gas SGI are here combined again in the plasma burner shaft 3.
  • only one feed 61 to the plasma burner head 2 for the secondary medium SGI needs to be provided.
  • this is advantageous.
  • a reduction of the secondary medium flow has a positive effect at the same points in time as are the sections without flowing secondary medium SGI described in the example according to FIG.
  • Transition operations such as grooving, cutting, passing over a joint F, cutting a corner or rounding be further improved.
  • the nozzle 21 is fixed here by a nozzle cap 29. This allows a cooling medium, for example cooling water, to flow in the space between the nozzle 21 and the nozzle cap 22 (not shown).
  • a cooling medium for example cooling water
  • FIG. 3 shows, by way of example, a similar arrangement to FIG. 2, but the feeds 61a and 61b of the secondary media SGla and SGlb are merged to form the secondary medium SGI only in the plasma burner head 2.
  • the merge takes place in the flow direction of the secondary medium SGI further ahead of the guide 27 of the secondary medium.
  • FIG. 4 likewise shows an arrangement in which the feeds 61a and 61b of the secondary medium SGI are first brought together in the plasma burner head 2.
  • the merging takes place from the nozzle cap 25 and the nozzle cap 29 in the flow direction of the secondary medium SGI to the gas guide 27 of the secondary medium.
  • the gas guide 27 has two groups of openings, one group for the secondary medium SGla and the other group for the secondary medium SGlb.
  • the openings differ in their design, di- dimensioning and / or alignment of their center axes (dash-dot lines), here for example in offset from the radial.
  • the openings 271 and 272 of the groups can be arranged offset in different planes and in the planes in each case. This is also shown in FIG. 5.
  • the secondary medium SGI can be split into two differently rotating
  • Secondary medium streams SGla and SGlb and SGI and SG2 are divided, which ultimately flow around the plasma jet 6.
  • a lower feed rate is for cutting small sections, for. B.
  • small radii for example, be less than twice the thickness of the workpiece W, saw teeth, quadrilateral contours whose edge length is also less than twice the thickness of the workpiece W in the respective processing area, advantageous. Due to the lower feed speed, the guide system guides the plasma burner 1 more accurately even when the direction of movement changes. In addition, the plasma jet 6 does not run after, the groove trailing is reduced, which has a positive effect on corners on inner contours ( Figure 17) and inner corners.
  • FIGS. 5a and b show, by way of example, a guide 27 for the secondary medium, here by way of example gas, which is designated here as secondary gas SG1, SG2, SGla and SGlb.
  • the group of holes 271 are for the secondary medium SGI or SGla, the holes for the group 272 for the secondary medium SG2 or SGlb.
  • the holes of a group are arranged in one plane.
  • the group of holes 271 has, for example, an offset to the radial of 3 mm and the group of holes 272 no offset to the radial.
  • openings there are also other openings than holes 271 and 272, such as. As grooves, squares, semicircular or angular shapes possible. Likewise, the openings may have different sized free cross sections through which secondary medium can escape.
  • the arrangement according to FIG. 6 has the features of the example according to FIG. 1, but has, in addition to the feed 61 for the secondary medium SGI, a feed 62 for a second secondary medium SG2.
  • the feeders 61, 62 may be outside the housing 30 hoses, which are connected to a supply line of the secondary media SGI, SG2 with a coupling unit 5.
  • Each of the hoses is followed by another part of the feeders 61, 62 and in each case the valves 63, 64, which are arranged inside the housing 30.
  • the feeds 61 and 62 of the secondary media SGI and SG2 are here combined again in the plasma burner shaft 3.
  • only one feed 66 to the plasma burner head 2 needs to be provided for the secondary media SGI and SG2.
  • the composition of the emerging secondary medium can also be effected by switching or simultaneously switching on the valves 63, 64.
  • a secondary medium mixture containing a higher proportion of oxygen with respect to a content of nitrogen; C0 2 , air or argon as in large sections.
  • the information given in the explanation in FIG. 4 applies here.
  • such contours are also shown in FIGS. 15a and 15b.
  • the oxygen content is then over 40 vol .-%.
  • K3 is a small section and sections Kl and K5 are larger sections.
  • Another application is the use of a liquid, for example
  • Water as one of the secondary media used.
  • the water After piercing through the workpiece W, the water is turned off and it flows a gas or gas mixture as the secondary medium SG2.
  • the process can also be used for high-alloy steel and non-ferrous metals.
  • Parameters such as flow velocity, flow rate, rotation and composition are changed.
  • central axis When chamfering the plasma torch 1 (central axis) is not perpendicular to the workpiece surface as in perpendicular cutting, but is inclined to form a cutting edge with a certain angle. This is for further processing, usually a subsequent welding advantage. Since the effective thickness of the workpiece W to be cut changes (increases) during the transition from vertical to bevel cutting, modified parameters for a higher quality of cut then make sense. The same applies in principle to the transition from chamfering to vertical cutting (reduction)
  • FIG. 7 shows, by way of example, a similar arrangement to FIG. 6, but the feeders 61 and 62 of the secondary media SGI and SG2 are first brought together in the plasma burner head 2.
  • the merge takes place in the flow direction of the secondary media SGI, SG2 before the guide 27 for the secondary media.
  • FIG. 8 likewise shows an arrangement in which the feeds 61 and 62 of the secondary media SGI, SG2 are first brought together in the plasma burner head 2.
  • FIG. 8 has all the advantages of the example according to FIG.
  • the guide 27 has two groups of openings, one group for the secondary medium SGI and the other group for the secondary medium SG2.
  • the openings 271 and 272 differ in their design, here for example offset from the radial. This is also shown in FIG. 5a.
  • the secondary medium SGI a different rotating secondary fluid flow than the secondary medium SG2, which ultimately flow around the plasma jet 6, form.
  • a lower feed rate is for cutting small sections, for. B.
  • small radii for example, be less than twice the thickness of the workpiece W in the respective processing area, for example, sawtooth contours, quadrilateral contours whose edge length is also less than twice the workpiece thickness in the respective processing area, advantageous.
  • the guide system guides the plasma torch 1 more accurately even when the direction of movement of the feed movement is changed.
  • the plasma jet 6 does not run after, the groove trailing is reduced, which has a positive effect on corners on inner contours and inner corners. In long sections, this does not matter, here can be quickly cut with large rotation of the flow of / the secondary medium / media.
  • FIG. 9 additionally shows in the supply 34 of the plasma gas PG1 a valve 31 in the housing 30 of the plasma burner shaft 3, which switches the plasma gas PG1 on and off.
  • the valve 33 serves to vent the cavity 11, which is necessary in particular at the end of the cut in order to ensure a rapid outflow of the plasma gas PG1.
  • FIG. 10 shows, in addition to FIG. 9, the supply 35 of a further plasma gas PG2, which is supplied via a gas hose 35 and a valve 31 analogous to plasma gas PG1. This can be done by switching and switching the valves 31 and 32, a change of the plasma gases PG1 or PG2 depending on the process state.
  • the valve 33 also serves to vent the cavity 11.
  • Figure 11 shows the greatly simplified construction of an axial solenoid valve, as can be used in the invention in the feeds for secondary media and plasma gas. Inside his body is the coil S with the
  • Windings flowing through the plasma gas from input E to output A. can be arranged. Inside, the mechanism for opening and closing is arranged.
  • the body of the solenoid valve has a length L and an outer diameter D.
  • the solenoid valve shown here has a length L of 25 mm and a diameter of 10mm.
  • Figure 12 shows a possible space-saving arrangement of the valves 31, 63 and 64. They are arranged in the housing 30 so that they are arranged in a plane perpendicular to the center line M at an angle al, of 120 °. The deviation from this angle should not exceed ⁇ 30 °. As a result, the arrangement is space-saving and can be arranged in the housing 30 or plasma torch shaft 3.
  • the distances between the central longitudinal axes LI, L2 and L3 between the valves 31, 32, 33 are each ⁇ 20mm.
  • at least one valve with its inlet E is opposite to the other valves, i. aligned to their outputs A.
  • the oppositely directed valve is the valve 33 in the example shown
  • Figure 13 shows an arrangement with four valves 31, 33, 63 and 64. They are arranged in the interior of the housing 30 so that they are arranged in a plane perpendicular to the center line M at angles al, a2, a3, a4 of 90 ° ,
  • the valves 31, 33, 63 and 64 are arranged in the interior of the housing 30 so that they are arranged in a plane perpendicular to the center line M at angles al, a2, a3, a4 of 90 ° , The
  • Deviation from these angles should not exceed ⁇ 30 °.
  • the arrangement is space-saving and can be arranged in the housing 30 or plasma torch shaft 3.
  • the distances of the central longitudinal axes LI, L2, L3 and L4 of the valves 31, 33, 63 and 64 are ⁇ 20 mm.
  • at least one valve is opposite its inlet E to the other valves, i. aligned to their outputs A.
  • Figure 14 shows an arrangement with four valves 31, 33, 63 and 64 and another valve 32. They are arranged in the interior of the housing 30 so that they in a plane perpendicular to the center line M at angles al, a2, a3, a4 , a5 are arranged by 72 °. The deviation from these angles should not exceed ⁇ 15 °. As a result, the arrangement is space-saving and can be arranged in the housing 30 or plasma torch shaft 3.
  • the distances between the middle longitudinal axes LI, L2, L3, L4 and L5 between the valves are ⁇ 20 mm.
  • Of these valves 31 to 33 is at least one valve with his Input E opposite to the other valves, ie aligned to the outputs A.
  • FIG. 15 a shows a schematic contour guidance of a plasma torch for cutting a contour from a workpiece W as viewed from above onto the workpiece and
  • FIG. 15 b shows the resulting workpiece in a perspective view.
  • a workpiece with two long sections, contour Kl, K5 and several short sections, contour K3, is to be cut.
  • Section K0 is the beginning of cutting, it is there pierced into the workpiece.
  • the sections contours K2 and K4 are due to cutting technology to achieve a sharp corner and are located in the so-called "waste part", they are not part of the cut workpiece.
  • the secondary medium is not yet needed. It even disturbs and shortens the jet of plasma 6 emerging from the nozzle 21 even as it flows sideways. Therefore, the plasma torch 1 must be positioned with its nozzle guard opening 250 at a smaller distance from the workpiece surface ( Figure 17, distance d). This in turn leads to endangerment of the nozzle cap 25 and the nozzle 21 by hot high-rate molten material. Remedy here creates the connection of the secondary medium only at the time at which at least a portion of the electrical cutting current flows over the workpiece and the arc is at least partially transferred to the workpiece.
  • the nozzle protection cap opening 250 of the plasma torch 1 can be positioned for piercing at a greater distance d from the workpiece surface, and the arc nevertheless sets over.
  • the nozzle cap 25 and the nozzle 21 are protected from high-injection molten hot material of the workpiece to be machined. This is particularly important for thick workpieces to be cut starting from approx. 20 mm in the respective machining area.
  • a plasma torch 1 according to FIGS. 1 to 10 can be used for this purpose.
  • Secondary medium should flow from the nozzle protection cap opening 250 at the earliest at the time at which the workpiece has been punctured at least 1/3, better half, and preferably completely when piercing a workpiece.
  • a plasma torch according to FIGS. 1 to 10 can be used for this purpose.
  • a plasma torch 1 according to FIGS. 4 and 8 can be used for this purpose. Due to the greater offset of the openings 271 and 272 from the radial in the gas guide 27 for the secondary media, the secondary media SGla and SGlb (FIG. 4) and SGI and SG2 (FIG. 8) rotate to different degrees.
  • the change of the rotation of the secondary medium or the secondary media should be carried out at the earliest at the time from the nozzle guard opening 250 at which the workpiece has been pierced at least 1/3, better half and best completely completely when piercing a workpiece.
  • the change from water to gas as a secondary medium should be made at the earliest at the time from the Düsenschutzkappenö réelle 250 at which the workpiece has been pierced at least to 1/3, better half and best completely completely when piercing a workpiece.
  • the process can also be used for high-alloy steel and non-ferrous metals.
  • a plasma torch 1 according to FIGS. 6 and 10 can be used for this purpose.
  • Secondary medium mixture is inserted, because then the melt is thinner and the piercing is faster.
  • too high an oxygen content can again lead to the formation of irregularities on the cutting edge or surface.
  • a change of the secondary medium between the piercing and the cutting may be advantageous.
  • the change of outflowing secondary medium should be made at the earliest at the time from the Düsenschutzkappenö réelle 250 at which the workpiece has been at least 1/3, better half and best completely pierced when inserting into a workpiece.
  • a plasma torch 1 according to FIGS. 6 and 10 can be used for this purpose.
  • the secondary medium and the rotation of the flow of the secondary medium are changed during insertion into the workpiece.
  • the secondary medium (s) may be changed to one or more parameters, such as flow rate, volumetric flow, flow and composition rotation during the plunge phase, as compared to other operating conditions.
  • the cutting movement is made with the selected secondary medium.
  • the long section Kl is cut, after which the section K2 is to be moved around the corner.
  • a sharp-edged corner is obtained when the plasma cutting torch 1 is guided as in corner section contour K2.
  • the plasma cutting torch 1 leaves the contour of the part to be cut, and is passed over the "waste part" to return to the contour of the part to be cut, which is also called the "corner swept".
  • a section contour K3 follows with an exemplary sequence of small sections with advancing axis direction changes. During the time in which the plasma torch 1 is guided over the "waste part" in the section contour K2, at least one change took place on the outflowing secondary medium.
  • a plasma torch 1 according to FIGS. 4 and 8 can be used for this purpose.
  • a plasma torch 1 according to FIGS. 6 to 10 can be used for this purpose.
  • a plasma torch according to the figures 8 can be used.
  • the secondary medium or secondary medium mixture with one or more parameters, such as, for example, flow velocity, volume flow, rotation the flow and composition during cutting and particularly advantageous when driving over the "waste part" to change.
  • the contour K3 with the small sections is cut with the parameter (s) most suitable therefor.
  • Figures 16a and 16b also show a cut component. Again, as described in Figures 15a and 15b, the form of the change of the outflowing secondary medium in the sections K2 and K4 between the sections Kl and K3 and K5. The parameters of the effluent secondary medium for the section are changed from section K21 because in section K3 a bevel with an angle, for example se 45 ° is cut. This is also described in the last paragraph to FIG.
  • FIG. 17 shows, by way of example, a plasma burner 1 with its positioning relative to the workpiece with the distance d between nozzle protection cap 25 and workpiece W.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Plasmabrenner, insbesondere Plasmaschneidbrenner, bei dem durch mindestens eine Zuführung mindestens ein Sekundärmedium durch ein Gehäuse des Plasmabrenners bis zu einer Düsenschutzkappenöffnung und/oder weiteren Öffnungen, die in einer Düsenschutzkappe vorhanden sind, geführt ist. In der mindestens einen Zuführung ist unmittelbar innerhalb des Gehäuses des Plasmabrenners mindestens ein Ventil zum Öffnen und Verschließen der Zuführung vorhanden.

Description

Plasmabrenner
Die Erfindung betrifft einen Plasmabrenner, insbesondere einen Plasmaschneidbrenner.
Als Plasma wird ein thermisch hoch aufgeheiztes elektrisch leitfähiges Gas bezeichnet, das aus positiven und negativen Ionen, Elektronen sowie angeregten und neutralen Atomen und Molekülen besteht. Als Plasmagas werden unterschiedliche Gase, zum Beispiel das einatomige Argon und/oder die zweiatomigen Gase Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff oder Luft eingesetzt. Diese Gase ionisieren und dissoziieren durch die Energie eines Lichtbogens. Der durch eine Düse eingeschnürte Lichtbogen wird dann als Plasmastrahl bezeichnet. Der Plasmastrahl kann in seinen Parametern durch die Gestaltung der Düse und Elektrode stark beeinflusst werden. Diese Parameter des Plasmastrahls sind zum Beispiel der Strahldurchmesser, die Temperatur, Energiedichte und die Strömungsgeschwindigkeit des Gases. Beim Plasmaschneiden wird das Plasma in der Regel mittels einer Düse, die gas- oder wassergekühlt sein kann, eingeschnürt. Dadurch können Energiedichten bis 2xl06 W/cm2 erreicht werden. Im Plasmastrahl entstehen Tempe- raturen bis 30.000 °C, die in Verbindung mit der hohen Strömungsgeschwindigkeit des Gases sehr hohe Schneidgeschwindigkeiten an Werkstoffen realisieren.
Plasmabrenner bestehen üblicherweise aus einem Plasmabrennerkopf und einem Plasmabrennerschaft. Im Plasmabrennerkopf sind eine Elektrode und eine Düse befestigt. Zwischen ihnen strömt das Plasmagas, das durch die Düsenbohrung austritt. Meistens wird das Plasmagas durch eine Gasführung, die zwischen der Elektrode und der Düse angebracht ist, geführt und kann in Rotation gebracht werden.
Moderne Plasmabrenner verfügen zudem über eine Zuführung für ein Sekundärmedium, entweder ein Gas oder eine Flüssigkeit. Die Düse wird dann von einer Düsenschutzkappe umgeben. Die Düse wird insbesondere bei flüssig- keitsgekühlten Plasmabrennern durch eine Düsenkappe, wie beispielsweise in DE 10 2004 049 445 AI beschrieben, fixiert. Zwischen der Düsenkappe und der Düse strömt dann das Kühlmedium. Zwischen der Düse oder der Düsenkappe und der Düsenschutzkappe strömt dann das Sekundärmedium und tritt aus der Bohrung der Düsenschutzkappe aus. Es beeinflusst den durch den Lichtbogen und das Plasmagas gebildeten Plasmastrahl. Es kann durch eine Gasführung, die zwischen Düse oder Düsenkappe und Düsenschutzkappe angeordnet ist, in Rotation versetzt werden.
Die Düsenschutzkappe schützt die Düse und die Düsenkappe vor der Wärme oder dem herausspritzendem geschmolzenen Metall des Werkstücks, insbesondere beim Einstechen des Plasmastrahls in den Werkstoff des zu schnei- dende Werkstücks. Außerdem schafft es um den Plasmastrahl beim Schneiden eine definierte Atmosphäre.
So wird häufig Stickstoff als Sekundärgas eingesetzt, um beim Plasmaschneiden legierter Stähle zu verhindern, dass der in der Umgebungsluft vorhandene Sauerstoff mit den heißen Schnittkanten in Kontakt kommt und diese oxidie- ren. Außerdem bewirkt der Stickstoff, dass die Oberflächenspannung der Schmelze reduziert und somit besser aus der Schnittfuge ausgetrieben wird. Es entstehen bartfreie Schnitte.
Auch bei der Verwendung von Sauerstoff als Plasmagas für das Schneiden von Baustählen können durch unterschiedliche Zusammensetzungen des Sekundärgases, wie in DE 10 2006 018 858 AI beschrieben, z. B. unterschiedliche Stickstoff und Sauerstoffanteile, unterschiedliche Effekte hinsichtlich der Schnittqualität erzielt werden. Ebenso ist bekannt, zwischen den einzelne Schneidvorgängen die Zusammensetzung des Sekundärgases zu ändern, um zunächst kleine Löcher und dann große Konturen zu schneiden. Das Umschalten erfolgt dabei in dem Zeitraum, in dem nicht geschnitten wird. Bekannt sind auch Anordnungen, bei denen Ventile, bevorzugt elektromagnetisch betriebene Ventile, das Sekundärmedium umschalten oder regeln. Diese befinden sich an einer Koppeleinheit zwischen den Gasschläuchen des Plasmabrenners und den Versorgungsschläuchen zur Gasversorgung sind. Nachteile des Standes der Technik sind:
Es ist kein schnelles Ein- und Ausschalten des Sekundärmediums möglich
Es ist kein schnelles Umschalten von einem auf ein anderes Sekundärmedium möglich
- Es kann während des Schneidens nicht schnell auf Veränderungen, z.B. beim Anschneiden, Einstechen, Durchstechen, während des Schneiden, des Überfahrens der Schnittfuge oder am Schnittende durch Umschalten des Sekundärmediums reagiert werden.
Es ist kein schneller Wechsel zwischen zwei Schneidvorgängen möglich
Ursache dafür sind Leitungen zwischen Ventilen und dem Plasmabrenner. Besonders kritisch ist dies, wenn zwischen unterschiedlichen Sekundärmedien, beispielsweise einem oxidierenden (Sauerstoff, Luft) und einem nicht oxi- dierenden Gas oder Gasgemisch umgeschaltet werden muss. Kritisch ist eben- falls das Umschalten zwischen einer Flüssigkeit (z. B. Wasser, Emulsion, Öl,
Aerosol) und einem Gas, da es bei Nutzung einer gemeinsamen Zuführung, z.B. einem Schlauch, das Gas zunächst die gesamte darin verbliebene Flüssigkeit ausspülen muss. Dies kann mehrere 100 ms dauern.
Die Anbringung von Ventilen am Plasmabrennerschaft ist für das Befestigen im Führungssystem ungünstig, insbesondere bei Schwenkaggregaten ist dies störend.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten für verbesserte Bedingungen beim Abschalten, Umschalten oder Veränderungen bei einem gesteuerten oder geregelten Betrieb eines Plasmabrenners bei der Zufuhr von Sekundärmedium anzugeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Plasmabrenner, insbesondere Plasmaschneidbrenner ist durch mindestens eine Zuführung mindestens ein Sekundärmedium durch ein Gehäuse des Plasmabrenners bis zu einer Düsenschutzkappenöffnung und/oder weiteren Öffnungen, die in einer Düsenschutzkappe vorhanden sind, geführt. In der mindestens einen Zuführung ist unmittelbar innerhalb des Gehäuses des Plasmabrenners mindestens ein Ventil zum Öffnen und Verschließen der Zuführung vorhanden.
Vorteilhaft kann die Zuführung, in mindestens zwei parallele Zuführungen, durch die Sekundärmedium in Richtung Düsenschutzkappenöffnung und/oder weiteren Öffnungen strömt, aufgeteilt sein und innerhalb des Gehäuses sind dann mindestens zwei Ventile zum Öffnen und Verschließen der jeweiligen aufgeteilten Zuführung vorhanden, die jeweils einzeln aktivierbar sind, so dass die Möglichkeit besteht, dass eines der Ventile allein die Zuführung des Sekundärmediums öffnen kann, Sekundärmedium gleichzeitig durch beide aufgeteilten Zuführungen strömen oder eine Umschaltung von einer auf die andere aufgeteilte Zuleitung erfolgen kann.
Es besteht die Möglichkeit, in mindestens einer der aufgeteilten Zuführungen eine Blende, eine Drossel oder ein den freien Querschnitt der jeweiligen Zuführung gegenüber dem freien Querschnitt gegenüber der jeweils anderen aufgeteilten Zuführung veränderndes Element einzusetzen, so dass unterschiedliche Strömungswiderstände in den aufgeteilten Zuführungen für ein Sekundärmedium sowie unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten und Drücke des Sekundärmediums erreichbar sind.
Besonders vorteilhaft können mindestens zwei Zuführungen für zwei unterschiedliche Sekundärmedien durch das Gehäuse des Plasmabrenners bis zu einer Düsenschutzkappenöffnung geführt werden und/oder weiteren Öffnungen, die in der Düsenschutzkappe vorhanden sind, geführt sind und in den Zuführungen für jeweils ein Sekundärmedium innerhalb des Gehäuses jeweils mindestens ein Ventil zum Öffnen und Verschließen der jeweiligen Zuführung vorhanden ist.
Die Zuführungen sollten so ausgebildet sein, dass die Zusammenführung der aufgeteilten Zuführungen für ein Sekundärmedium oder die Zusammenführung der Zuführungen für unterschiedliche Sekundärmedien innerhalb des Gehäuses des Plasmabrenners, innerhalb des Plasmakopfes, in einem mit der Düse oder Düsenkappe und der Düsenschutzkappe gebildeten Raum, der Zu- sammenfluss der Sekundermedienströme aus den aufgeteilten Zuführungen und/oder vor, während bzw. nach dem Passieren einer Gasführung des Plasmabrenners erfolgt. Dementsprechend sollte der Zusammenfluss innerhalb des Gehäuses, oder Plasmakopfes erfolgen.
An der Gasführung sollten mindestens zwei Öffnungen oder zwei Gruppen von Öffnungen, die das/die jeweilige(n) Sekundärmedium/-medien führen, vorhanden sein. Mit diesen Öffnungen kann eine gezielte Beeinflussung der aus den Öffnungen austretenden Sekundärmedien erreicht werden. Dazu können die Öffnungen unterschiedlich große und geometrisch gestaltete freie
Querschnitte und/oder in unterschiedlichen Achsrichtungen ausgerichtet sein. Öffnungen unterschiedlicher Gruppen können radial versetzt zueinander angeordnet sein. Auch die Anzahl von Öffnungen in den einzelnen Gruppen kann unterschiedlich gewählt werden.
Die innerhalb des Gehäuses angeordneten Ventile können elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigt werden und besonders bevorzugt als Axialventil ausgebildet sein.
Die im Gehäuse angeordneten Ventile sollten einen maximalen Außendurchmesser oder eine maximale mittlere Flächendiagonale von 15 mm, bevorzugt maximal 11 mm und/oder eine maximale Länge von 50 mm, bevorzugt maximal 40 mm, besonders bevorzugt maximal 30 mm aufweisen und/oder der maximale Außendurchmesser des Gehäuses sollte 52 mm betragen und/oder der maximale Außendurchmesser der Ventile sollte maximal J4, bevorzugt maximal 1/5 des Außendurchmessers oder einer maximalen mittleren Flächendiagonale des Gehäuses aufweisen und/oder eine maximale elektrische Leistungsaufnahme von 10 W, bevorzugt von 3 W, besonders bevorzugt von 2 W zu ihrem Betrieb erfordern.
Bei einem oder mehreren elektrisch betreibbaren Ventil(en) sollte das jeweilige Sekundärmedium oder das Plasmagas die Wicklung einer Spule (S) durchströmen, um einen Kühleffekt zu erreichen.
Vorteilhaft kann als Schnellwechselbrenner mit einem von einem Plasmabrennerkopf trennbaren Plasmabrennerschaft ausgebildet sein. Dadurch kann schnell und einfach an unterschiedliche Bearbeitungsaufgaben erreicht werden.
Die Düsenschutzkappe sollte zusätzlich zur Düsenschutzkappenöffnung oder einer Halterung der Düsenschutzkappe über mindestens eine Öffnung verfügen, durch die zumindest ein Teil eines der Sekundärmedien strömt. Bei mehreren vorhandenen Öffnungen kann jeweils ein Sekundärmedium durch eine oder mehrere ausgewählte Öffnung(en) in Richtung Werkstückoberfläche austreten. Es besteht aber auch die Möglichkeit, wie bereits angesprochen durch eine Gruppe von Öffnungen ein Sekundärmedium und durch Öffnungen, die einer anderen Gruppe zugeordnet sind ein anderes Sekundärmedium ausströmen zu lassen. Es kann auch mindestens eine Öffnung vorhanden sein, durch die ein Sekundärmediumgemisch, das aus zwei unterschiedlichen Sekundärmedien gebildet ist, austreten kann.
Es können gasförmige und/oder flüssige Sekundärmedien eingesetzt werden. Dabei kann es sich um zwei unterschiedliche Gase, z.B. ausgewählt sind aus Sauerstoff, Stickstoff und einem Edelgas sind, zwei unterschiedliche Flüssigkeiten, die z.B. ausgewählt sind aus Wasser, einer Emulsion, Öl und einem Aerosol oder um ein gasförmiges und ein flüssiges Sekundärmedium handeln. Es besteht aber auch die Möglichkeit, zwei Sekundärmediumgemische einzusetzten, die jeweils mit den gleichen Gasen und/oder Flüssigkeiten gebildet sind und sich dabei lediglich die Anteile der das jeweilige Gemisch bildenden Sekundärmedien voneinander unterscheiden. Dies kann beispielsweise ein unterschiedlicher Anteil an im Sekundärmediengemisch enthaltenem Sauerstoff sein.
Das/die Ventil(e), die in einer Zuführungen für Sekundärmedium angeordnet ist/sind, sollte(n) geöffnet sein, wenn zumindest ein Teil des elektrischen Schneidstromes durch das Werkstück fließt, so dass in diesem Betriebszu- stand Sekundärmedium aus dem Plasmabrenner in Richtung Werkstückoberfläche ausströmen kann. In einem Zeitraum, in dem ein Pilotlichtbogen ausgebildet ist, sollte(n) das/die Ventil(e) geschlossen gehalten sein. Dies kann mit einer Steuerung erreicht werden, die bevorzugt an eine Datenbank angeschlossen ist.
Während des Einstechens des Plasmastrahls in den Werkstoff des Werkstücks kann als ein Sekundärmedium eine Flüssigkeit oder ein Flüssigkeits-Gas- Gemisch und zum Schneiden ein Gas oder Gasgemisch als ein Sekundärmedium eingesetzt werden.
Das/die Ventil(e), das/die in einer Zuführung für Sekundärmedium angeordnet ist/sind, sollte frühestens zu dem Zeitpunkt geöffnet werden, so dass dann aus der Düsenschutzkappenbohrung Sekundärmedium strömt, an dem beim Einstechen in ein Werkstück das Werkstück mindestens zu 1/3, besser zur Hälfte und am besten vollständig durchstochen worden ist.
Mindestens ein Ventil, das in einer Zuführung für Sekundärmedium angeordnet ist, sollte während des Schneidbeginns, zwischen zwei Schneidabschnitten, beim Überfahren einer Schnittfuge F oder am Schneidende ein-, ausge- schaltet werden können. Es besteht dabei die Möglichkeit zwei Ventile, die in zwei unterschiedlichen Zuführungen für Sekundärmedium angeordnet sind, bei oder während dieser Bearbeitungsaufgaben umzuschalten. D.h. das ein bis dahin geöffnetes Ventil geschlossen und ein bis dahin geschlossenes Ventil geöffnet werden kann.
Bei einem Beginn zum Schneiden mit einem Plasmastrahl kann ein Einstechen oder Anschneiden erfolgen.
Beim Schneiden einer Kontur kann ein Wechsel der Parameter des Sekundärmediums (wie vorher beschrieben) erfolgen und mindestens ein weiterer Parameter des Plasmaschneidprozesses geändert werden. Dies kann beispielsweise eine Anpassung der elektrischen Parameter, eine Anpassung der Vorschubgeschwindigkeit, des Volumenstroms, der Abstand des Plasmabrenners zur Werkstückoberfläche und/oder die Zusammensetzung des Plasmagases sein. Dazu können sämtliche Parameter in einer Datenbank abgelegt sein und so genutzt werden, dass ein automatischer Betrieb mit einer Steuerung des Plasmabrenners möglich ist. Neben den erwähnten Parametern können auch die Parameter für die jeweilige Bearbeitung eines Werkstückes in der Datenbank vorliegen und genutzt werden.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft erläutert werden. Die einzelnen in den Figuren gezeigten und dazu erläuterten Merkmale können unabhängig vom jeweiligen Beispiel oder der jeweiligen Figur miteinander kombiniert werden.
Dabei zeigen:
Figur 1 in schematischer Form eine Schnittdarstellung durch ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Plasmabrenners mit einer Sekundärmediumzuführung mit einem Ventil und einer Plasma- gaszuführung;
Figur 2 in schematischer Form eine Schnittdarstellung durch ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Plasmabrenners mit einer Sekundärmediumzuführung mit zwei Ventilen und einer Plasma- gaszuführung;
Figur 3 in schematischer Form eine Schnittdarstellung durch ein weiteres
Beispiel eines erfindungsgemäßen Plasmabrenners mit einer Sekundärmediumzuführung mit zwei Ventilen und einer Plasma- gaszuführung; Figur 4 in schematischer Form eine Schnittdarstellung durch ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Plasmabrenners mit einer Sekundärmediumzuführung mit zwei Ventilen und einer Plasmagaszuführung;
Figur 5a u. b eine Führung für Sekundärmedien; in schematischer Form eine Schnittdarstellung durch ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Plasmabrenners mit zwei Sekundärmediumzuführungen mit zwei Ventilen und einer Plasmagaszuführung; in schematischer Form eine Schnittdarstellung durch ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Plasmabrenners mit zwei Se- kundärmedienzuführungen mit zwei Ventilen und einer Plasmagaszuführung; in schematischer Form eine Schnittdarstellung durch ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Plasmabrenners mit zwei Sekundärmediumzuführungen mit zwei Ventilen und einer Plasmagaszuführung; in schematischer Form eine Schnittdarstellung durch ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Plasmabrenners mit zwei Sekundärmediumzuführungen mit zwei Ventilen und einer Plasmagaszuführung mit einem Ventil und einem Entlüftungsventil; in schematischer Form eine Schnittdarstellung durch ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Plasmabrenners mit zwei Sekundärmediumzuführungen mit zwei Ventilen und zwei Plasma gaszuführungen mit zwei Ventilen und einem Entlüftungsventil;
Figur 11 eine Schnittdarstellung durch ein bei der Erfindung einsetzbares
Axialventil; Figur 12 Möglichkeit für die Anordnung von Ventilen innerhalb des Gehäuses eines Plasmabrenners und
Figur 13 eine weitere Möglichkeit für die Anordnung von Ventilen innerhalb des Gehäuses eines Plasmabrenners.
Figur 14 eine weitere Möglichkeit für die Anordnung von Ventilen innerhalb des Gehäuses eines Plasmabrenners.
Figur 15a u. b eine Schnittkontur mit großen und kleinen Abschnitten (Konturen)
Figur 16a u. b eine Schnittkontur mir Senkrecht- und Fasenschnitt und
Figur 17 einen Plasmabrenner mit seiner Positionierung zum Werkstück
Figur 1 zeigt einen Plasmabrenner 1 mit einem Plasmabrennerkopf 2 mit einer Düse 21, einer Elektrode 22, einer Düsenschutzkappe 25, einer Zuführung 34 für ein Plasmagas PGl, einer Zuführung 61 für das Sekundärmedium SGI sowie einem Plasmabrennerschaft 3, der ein Gehäuse 30 aufweist. Bei der Erfindung, also auch bei allen anderen Beispielen, die unter die Erfindung fallen, kann der Plasmabrennerschaft 3 einteilig ausgebildet sein und lediglich mit einem entsprechend konfigurierten Gehäuse 30 gebildet sein, an dem alle erforderlichen Komponenten vorhanden und ausgebildet sein können.
Die Zuführung 61 kann außerhalb des Gehäuses 30 ein Gasschlauch sein, der für eine Zuleitung von Sekundärmedium SGI mit einer Koppeleinheit 5 verbunden ist. An den Gasschlauch schließt sich ein weiterer Teil der Zuführung 61 und das Ventil 63 an, die innerhalb des Gehäuses 30 angeordnet sind. Die Zuführung 34 kann außerhalb des Gehäuses 30 ein Gasschlauch sein, der für eine Zuleitung von Plasmagas PGl mit einer Koppeleinheit 5 verbunden ist. In der Koppeleinheit 5 ist ein Magnetventil 51 zum Öffnen und Schließen der Zuführung 34 angeordnet. An den Gasschlauch schließt sich ein weiterer Teil der Zuführung 34 an, der innerhalb des Gehäuses 30 ausgebildet ist.
Die Elektrode 22 und die Düse 21 sind durch die Gasführung 23 in einem Abstand zueinander angeordnet, so dass sich ein Raum 24 innerhalb der Düse 21 bildet. Die Zuführung 34 des Plasmagases PGl ist mit dem Raum 24 verbun- den.
Die Düse 21 hat eine Düsenbohrung 210, die je nach elektrischem Schneidstrom in ihrem Durchmesser von 0,5 mm für 20 A bis zu 7 mm für 800 A variieren kann. Die Gasführung 23 hat ebenfalls Öffnungen oder Bohrungen (nicht dargestellt), durch die das Plasmagas PG1 strömt. Diese können ebenfalls in unterschiedlicher Größe oder Durchmesser und sogar Anzahl gestaltet sein. Die Düse 21 und die Düsenschutzkappe 25 sind in einem Abstand zueinander angeordnet, so dass die Räume 26 und 28 innerhalb der Düsenschutzkappe 25 gebildet werden. Der Raum 26 befindet sich in Strömungsrichtung des Sekun- därmediums SGI gesehen vor der Führung 27, der Raum 28 befindet sich zwischen der Führung 27 und der Düsenschutzkappenöffnung 250. Mit Hilfe der Gasführung 27 kann die Strömung des Sekundärmediums SGI beispielsweise ein Gas, Gasgemisch, eine Flüssigkeit oder ein Gas-Flüssigkeitsgemisch symmetriert und/oder in Rotation versetzt werden. Es besteht auch die Mög- lichkeit, dass keine Führung 27 eingesetzt ist, wenn z.B. keine Rotation des
Sekundärmediums SGI gewünscht wird. Die Düse 21 kann außerdem durch eine Düsenkappe o.ä. fixiert sein (nicht dargestellt). Dann bilden die Düsenkappe und die Düsenschutzkappe die Räume 26 und 28.
Das Sekundärgas SGI wird also über die Zuführung 61 und das im Plasmabrennerschaft angeordnete Ventil 63 in den Raum 26 geleitet, durch die Führung 27 symmetriert und in Rotation versetzt. Das Sekundärgas SGI strömt dann in den Raum 28 tritt dann aus der Düsenschutzkappenöffnung 250 aus. Es besteht auch die Möglichkeit, dass sich in der Düsenschutzkappe 25 oder einer Halterung für die Düsenschutzkappe 25 eine oder mehrere weitere Bohrungen 250a befinden, durch die das Sekundärmedium SGI ausströmt.
Das Ventil 63 ist als Axialventil in kleiner Bauform ausgeführt. So hat es beispielsweise einen Außendurchmesser D von 11 mm und eine Länge L von 40 mm. Es benötigt für den Betrieb eine geringe elektrische Leistung, hier beispielsweise ca. 2 W, um die Erwärmung im Gehäuse 30 zu reduzieren.
Beim Zünden des Lichtbogens und während des Schneidens strömt das Plasmagas PG1 durch das geöffnete Ventil 51 und die Zuführung 34 in das Gehäu- se 30 und von dort in den Raum 24 zwischen Elektrode 22 und Düse 21 und strömt letztlich durch die Düsenbohrung 210 und die Düsenschutzkappenöff- nung 250 aus. Nach dem Schneiden wird das Ventil 51 wieder geschlossen und die Versorgung 34 des Plasmagases PG1 entleert sich.
Das Sekundärmedium, hier im Beispiel ein Gas (Sekundärgas SGI) kann zeit- gleich mit dem Ventil 51 des Plasmagases PG1 durch das Ventil 63 geschaltet werden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Ventils 63 im Plasmabrennerschaft 3 und nah am Plasmabrennerkopf 2 kann das Sekundärmedium SGI auch zu anderen Zeitpunkten ein- und ausgeschaltet werden.
Beim Plasmaschneiden wird zunächst der Pilotlichtbogen mit geringem elekt- rischen Strom, beispielsweise 10 A bis 30 A, der zwischen der Elektrode 22 und der Düse 21 brennt, gezündet. Berührt der durch den Pilotlichtbogen erzeugte Plasmastrahl 6 das zu schneidende Werkstück W setzt der Lichtbogen von der Düse 21 auf das Werkstück W über. Die Steuerung der Plasmaschneidanlage erkennt dies sensorisch und erhöht den elektrischen Strom auf den benötigten Wert, je nach Werkstückdicke im Bearbeitungsbereich auf 30
A bis 600 A.
Während der Zeit in der der Pilotlichtbogen brennt, wird das Sekundärmedium SGI noch nicht benötigt. Es stört und verkürzt den aus der Düse 21 her- austretenden Plasmastrahl 6 sogar, da es diesen seitlich anströmt. Deshalb muss der Plasmabrenner 1 mit seiner Düsenschutzkappenöffnung 250 und/oder Öffnungen 250a dichter am Werkstück W positioniert werden. Dies wiederum führt zur Gefährdung der Düsenschutzkappe 25 und der Düse 21 durch heißen hochspritzenden aufgeschmolzenen Werkstoff. Abhilfe schafft hier das Zuschalten des Sekundärmediums SGI erst zu dem Zeitpunkt, an dem zumindest ein Teil des elektrischen Schneidstromes über das Werkstück W fließt und der Lichtbogen zumindest teilweise auf das Werkstück W übergegangen ist. So kann einerseits die Düsenschutzkappenöffnung 250 des Plasmabrenners 1 zum Einstechen weit genug weg von der oberen Fläche des Werkstücks positioniert werden und der Lichtbogen setzt dennoch über. Andererseits werden durch eine erfindungsgemäße Anordnung, die das schnelle, nur wenig zeitverzögerte Zuführen und Strömen nach dem Einschalten des Ventils 63 des Sekundärmediums SGI sichert, die Düsenschutzkappe 25 und die Düse 21 vor hochspritzendem aufgeschmolzenem heißen Werkstoff des zu bearbeitenden Werkstücks W geschützt. Besonders wichtig ist dies bei dicken zu schneiden Werkstücken mit Dicken ab ca. 20 mm. Bei dünneren Werkstücken W ist es dagegen oft sogar besser, wenn das Sekundärmedium SGI erst dann durch die Düsenschutzkappenöffnung 250 strömt, wenn das Werkstück W teilweise oder vollständig mit dem Plasma- strahl 6 durchstochen ist. Strömt während eines Teils Zeit des Lochstechens oder der gesamten Zeit des Lochstechens - das ist die Zeit, die benötigt wird, um das Werkstück W vollständig zu durchzustoßen - das Sekundärgas nicht, können kleinere Einstechlöcher erreicht werden. Dies führt zu weniger Schlackeablagerungen auf der Werkstückoberfläche, die den Schneidprozess stören können.
Auch beim Anschneiden an einer Kante ist es sinnvoll das Sekundärmedium SGI nicht strömen zu lassen und das Ventil 63 geschlossen zu halten, weil auch hier der Pilotlichtbogen bereits mit größerem Abstand auf das Werk- stück W übergeht und sicherer anschneidet.
Beim Schneiden selbst, wird das Sekundärmedium SGI wiederum benötigt, um durch seinen Einfluss die Schnittqualität zu verbessern. Dies soll unmittelbar nach dem Lochstechen oder Anschneiden erfolgen, um von Beginn des Schneidens an eine gute Schnittqualität zu erzielen. Zur Schnittqualität gehören die Rechtwinkligkeits- und Neigungstoleranz, Rauigkeit und der Bartanhang sowie der Rillennachlauf (DIN EN ISO 9013).
Positiv kann ein nichtströmendes Sekundärmedium SGI auch beim Überfah- ren von Schnittfugen F oder beim Schneiden von Ecken oder Rundungen wirken. Das Schwingen oder Pulsieren des Plasmastrahls 6 kann reduziert werden.
In Figur 2 ist eine ähnliche Anordnung wie in Figur 1 gezeigt, jedoch befinden sich in der Zuführung 61 für das Sekundärmediums SGI im Gehäuse 30 des
Plasmabrenners 1 zwei parallel geschaltete Ventile 63 und 64. Die Zuführung 61 des Sekundärmediums SGI wird so in die Zuführungen 61a mit dem Ventil 64 und 61b mit dem Ventil 63 geteilt. So ist es möglich, zu den in der Beschreibung zur Figur 1 genannten Zeitpunkten die Strömung des Sekundär- mediums SGI ein- und auszuschalten, sondern zusätzlich auch noch den Volumenstrom auf einfache Art und Weise schnell zu ändern. Hier ist beispiel- haft dafür in der Zuführung 61a eine Blende 65 eingebaut, die den Volumenstrom im Vergleich zur Zuführung 61b reduziert, was durch den entsprechend kleineren freien Querschnitt, durch den das Sekundärmedium SGI strömen kann, erreichbar ist. Die Zuführungen 61a und 61b der Teilgasströme von Se- kundärmedium SGla und SGlb des Sekundärgases SGI werden hier im Plasmabrennerschaft 3 wieder zusammengeführt. So muss nur eine Zuführung 61 zum Plasmabrennerkopf 2 für das Sekundärmedium SGI bereitgestellt werden. Insbesondere für einen Plasmabrenner 1 mit Schnellwechselkopf ist dies von Vorteil.
Eine Reduzierung der Sekundärmediumströmung wirkt zu den gleichen Zeitpunkten positiv, wie dies die beim Beispiel nach Figur 1 beschriebenen Abschnitte ohne strömendes Sekundärmedium SGI sind.
Durch die neben dem schnellen Ein- und Ausschalten der Strömung des Sekundärmediums SGI zusätzliche Möglichkeit der Einstellung unterschiedlich großer Volumenströme kann der Plasmaschneidprozess insbesondere an den
Übergangsvorgängen, wie Einstechen, Anschneiden, Überfahren einer Fuge F, Schneiden einer Ecke oder einer Rundung weiter verbessert werden.
Weiterhin wird im Gegensatz zum Beispiel nach Figur 1 die Düse 21 hier von einer Düsenkappe 29 fixiert. Dies ermöglicht, dass im Raum zwischen der Dü- se 21 und der Düsenkappe 22 ein Kühlmedium, beispielsweise Kühlwasser strömt (nicht dargestellt).
Figur 3 zeigt beispielhaft eine ähnliche Anordnung wie Figur 2, jedoch werden die Zuführungen 61a und 61b der Sekundärmedien SGla und SGlb zum Se- kundärmedium SGI erst im Plasmabrennerkopf 2 zusammengeführt. In diesem Beispiel erfolgt die Zusammenführung in Strömungsrichtung des Sekundärmediums SGI gesehen weiter vor der Führung 27 des Sekundärmediums.
Figur 4 zeigt ebenfalls eine Anordnung, in der die Zuführungen 61a und 61b des Sekundärmediums SGI erst im Plasmabrennerkopf 2 zusammengeführt werden. In diesem Beispiel erfolgt die Zusammenführung im von der Düsen- schutzkappe 25 und Düsenkappe 29 in Strömungsrichtung des Sekundärmediums SGI nach der Gasführung 27 des Sekundärmediums. Die Gasführung 27 verfügt über zwei Gruppen von Öffnungen, die eine Gruppe für das Sekun- därmedium SGla und die andere Gruppe für das Sekundärmedium SGlb.
Vorteilhafterweise unterscheiden sich die Öffnungen in ihrer Gestaltung, Di- mensionierung und/oder Ausrichtung ihrer Mittenachsen (Strich-Punkt- Linien), hier beispielhaft im Versatz von der Radialen. Die Öffnungen 271 und 272 der Gruppen können in verschiedenen Ebenen und in den Ebenen jeweils versetzt zueinander angeordnet sein. Dies zeigt auch Figur 5. So kann das Se- kundärmedium SGI in zwei unterschiedlich rotierende
Sekundärmediumströme SGla und SGlb sowie SGI und SG2 aufgeteilt werden, die letztlich den Plasmastrahl 6 umströmen.
So ist beim Einstechen in den Werkstoff des Werkstücks W oft eine geringe oder keine Rotation eines strömenden Sekundärmediums SGI sinnvoll, beim Schneiden dagegen ist eine größere Rotation vorteilhaft. Durch den einen größeren Versatz g von der Radialen wird die Rotation der austretenden Sekundärmediumströmung erhöht. Zusätzlich ergibt sich die Möglichkeit während eines Schneidens durch das Umschalten oder gemeinsame Einschalten der Strömungen der Sekundärmedien SGla und SGlb die Schnittqualität zu beeinflussen. Dabei werden lange gerade Abschnitte mit großer Rotation des ausströmenden Sekundärmediums SGI und hoher Vorschubgeschwindigkeit und kleine Abschnitte mit geringerer Rotation des ausströmenden Sekundärmediums SGI und kleinerer Vorschubgeschwindigkeit geschnitten. Ein langer Abschnitt beginnt in der Regel bei einer Länge, die mindestens dem doppelten der Dicke des zu schneidenden Werkstücks W entspricht, er liegt jedoch mindestens bei 10 mm Länge. Mit größerer Rotation, also größerer Winkelgeschwindigkeit der Strömung des Sekundärmediums SGI kann schneller geschnitten werden, bei geringerer Rotation muss langsamer geschnitten werden. Eine geringere Vorschubgeschwindigkeit ist jedoch für das Schneiden von kleinen Abschnitten, z. B. kleinen Radien, die beispielsweise kleiner als die doppelte Dicke des Werkstücks W betragen, Sägezähnen, Viereckkonturen, deren Kantenlänge ebenfalls kleiner als das Doppelte der Dicke des Werkstücks W im jeweiligen Bearbeitungsbereich beträgt, vorteilhaft. Durch die geringere Vorschubgeschwindigkeit führt das Führungssystem den Plasma- brenner 1 auch bei Richtungsänderungen der ausgeführten Bewegung genauer. Außerdem läuft der Plasmastrahl 6 nicht nach, der Rillennachlauf wird reduziert, was bei Ecken an Innenkonturen (Figur 17) und Innenecken positiv wirkt. Bei langen Abschnitten spielt dies keine Rolle, hier kann mit großer Rotation der Strömung des Sekundärmediums SGI mit größerer Vorschubge- schwindigkeit geschnitten werden. Figuren 5a und b zeigen beispielhaft eine Führung 27 für das Sekundärmedium, hier beispielhaft Gas, das hier als Sekundärgas SGI, SG2, SGla und SGlb bezeichnet ist.
Die Gruppe der Bohrungen 271 sind für das Sekundärmedium SGI oder SGla, die Bohrungen der Gruppe 272 für das Sekundärmedium SG2 oder SGlb. Die Bohrungen einer Gruppe sind in einer Ebene angeordnet. Die Gruppe der Bohrungen 271 weist beispielhaft einen Versatz zur Radialen von 3 mm und die Gruppe der Bohrungen 272 keinen Versatz zur Radialen auf. Wenn diese Führung 27 in den Plasmabrenner 1 nach Figur 4 eingebaut ist, verfügt die Strömung des Sekundärmediums SGla, das durch die Zuführung 61a und die Gruppe der Bohrungen 271 zugeführt wird, über eine größere Rotation mit höherer Winkelgeschwindigkeit als die Strömung des Sekundärmediums SGlb, das durch die Zuführung 61b und die Gruppe der Bohrungen 272 zugeführt wird.
Es sind auch andere Öffnungen als Bohrungen 271 und 272, wie z. B. Nuten, Vierecke, halbkreisförmige oder eckige Formen möglich. Ebenso können die Öffnungen unterschiedlich große freie Querschnitte aufweisen, durch die Sekundärmedium austreten kann.
Die Anordnung gemäß Figuren 6 weist die Merkmale des Beispiels nach Figur 1 auf, hat aber zusätzlich zur Zuführung 61 für das Sekundärmedium SGI eine Zuführung 62 für ein zweites Sekundärmedium SG2. Die Zuführungen 61, 62 können außerhalb des Gehäuses 30 Schläuche sein, die für eine Zuleitung der Sekundärmedien SGI, SG2 mit einer Koppeleinheit 5 verbunden sind. An den Schläuchen schließen sich jeweils ein weiterer Teil der Zuführungen 61, 62 und jeweils die Ventil 63, 64 an, die innerhalb des Gehäuses 30 angeordnet sind.
Die Zuführungen 61 und 62 der Sekundärmedien SGI und SG2 werden hier im Plasmabrennerschaft 3 wieder zusammengeführt. So muss nur eine Zuführung 66 zum Plasmabrennerkopf 2 für die Sekundärmedien SGI und SG2 bereitgestellt werden. Für einen Plasmabrenner 1 mit Schnellwechselkopf ist dies von besonderem Vorteil.
Durch diese Anordnung kann zusätzlich zum schnellen Ein- und Ausschalten sowie der schnellen Änderung des Volumenstroms der Sekundärmedienströ- me auch die Zusammensetzung des austretenden Sekundärmediums durch Umschalten oder gleichzeitiges Einschalten der Ventile 63, 64 erfolgen. So werden bei einem Werkstück W aus Baustahl kleine Konturen oder kleine Abschnitte mit einem Sekundärmediumgemisch geschnitten, das einen höheren Anteil an Sauerstoff in Bezug zu einem Anteil an Stickstoff; C02, Luft oder Argon aufweist als bei großen Abschnitten. Hier gelten die Angaben, die bei der Erläuterung Figur 4 gemacht wurden. Beispielhaft sind solche Konturen auch in den Figuren 15a und 15b dargestellt. Der Sauerstoffanteil liegt dann bei über 40 Vol.-%. Bei K3 handelt es sich um einen kleinen Abschnitt und bei den Abschnitten Kl und K5 um größere Abschnitte.
Ebenso ist es von Vorteil, wenn beim Einstechen in Baustahl mit Sauerstoff als alleiniges Sekundärmedium eingestochen wird, weil dadurch die Schmelze dünnflüssiger wird und das Einstechen schneller vonstattengeht. Beim Schneiden selbst kann ein zu hoher Sauerstoffanteil wieder zur Bildung von Unregelmäßigkeiten auf der Schnittkante oder -fläche führen. Auch hier ist ein schnelles Umschalten vorteilhaft.
Ein weiterer Anwendungsfall ist die Nutzung einer Flüssigkeit, beispielsweise
Wasser, als eines der eingesetzten Sekundärmedien. So kann vorteilhaft zum Einstechen in Baustahl Wasser als Sekundärmedium SGI strömen. Dies verhindert oder reduziert die hochspritzenden heißen Metallspritzer und schützt so den Plasmabrenner 1 und auch die Umgebung. Nach dem Durchstechen durch das Werkstück W wird das Wasser ausgeschaltet und es strömt ein Gas oder Gasgemisch als Sekundärmedium SG2. Auch für hochlegierten Stahl und Nichteisenmetalle kann das Verfahren eingesetzt werden.
Weiterhin kann das Sekundärmedium oder Sekundärmediumgemisch auch beim Übergang von Senkrechtscheiden zum Fasenschneiden hinsichtlich der
Parameter wie Strömungsgeschwindigkeit, Volumenstrom, Rotation und Zusammensetzung geändert werden. Beim Fasenschneiden steht der Plasmabrenner 1 (Mittelachse) nicht wie beim Senkrechtschneiden im rechten Winkel zur Werkstückoberfläche, sondern wird geneigt, um eine Schnittkante mit einem bestimmten Winkel auszubilden. Dies ist für die weitere Bearbeitung, in der Regel einem nachfolgenden Schweißen von Vorteil. Da sich die effektive Dicke des zu schneidenden Werkstücks W beim Übergang vom Senkrecht- zum Fasenschneiden ändert (vergrößert) sind dann veränderte Parameter für eine höhere Schnittqualität sinnvoll. Gleiches gilt prinzipiell für den Übergang vom Fasen- zum Senkrechtschneiden (Verringerung)
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn der Wechsel der Parameter in Abschnitten erfolgt, die nach dem Ausschneiden des Werkstücks W nicht auf der Schnittkontur lagen, also beispielsweise am Schneidbeginn, umfahrenen Ecken, am Schnittende, Überfahren einer Schnittfuge oder anderen Teilen des„Abfallstücks".
Figur 7 zeigt beispielhaft eine ähnliche Anordnung wie Figur 6, jedoch werden die Zuführungen 61 und 62 der Sekundärmedien SGI und SG2 erst im Plasmabrennerkopf 2 zusammengeführt. In diesem Beispiel erfolgt die Zusammenführung in Strömungsrichtung der Sekundärmedien SGI, SG2 gesehen vor der Führung 27 für die Sekundärmedien.
Figur 8 zeigt ebenfalls eine Anordnung, in der die Zuführungen 61 und 62 der Sekundärmedien SGI, SG2 erst im Plasmabrennerkopf 2 zusammengeführt werden. Die Figur 8 weist alle Vorteile des Beispiels nach Figur 6 auf.
Weitere Vorteile werden nachfolgend beschrieben. In diesem Beispiel erfolgt die Zusammenführung der Sekundärmedien SGI und SG2 vor der Düsen- schutzkappe 25 und Düsenkappe 29 in Strömungsrichtung der Sekundärmedien SGI, SG2 und nach der Führung 27 für die Sekundärmedien. Die Führung 27 verfügt über zwei Gruppen von Öffnungen, die eine Gruppe für das Sekundärmedium SGI und die andere Gruppe für das Sekundärmedium SG2.
Vorteilhafterweise unterscheiden sich die Öffnungen 271 und 272 in ihrer Gestaltung, hier beispielhaft im Versatz von der Radialen. Dies zeigt auch Figur 5a. So kann das Sekundärmedium SGI eine unterschiedlich rotierende Sekundärmediumströmung als das Sekundärmedium SG2, die letztlich den Plasmastrahl 6 umströmen, bilden.
So ist beim Einstechen in den Werkstückwerkstoff oft eine geringe oder keine Rotation der Sekundärmedien SGI, SG2 sinnvoll, beim Schneiden dagegen ist jedoch eine größere Rotation mit höherer Winkelgeschwindigkeit erwünscht. Durch den einen größeren Versatz von der Radialen wird die Rotation erhöht. Zusätzlich ergibt sich die Möglichkeit, während eines Schnittes durch das Umschalten oder gemeinsame Einschalten der Strömungen der Sekundärmedien SGI und SG2 die Schnittqualität zu beeinflussen. Dabei werden lange gerade Abschnitte mit großer Rotation und hoher Geschwindigkeit und kleine Abschnitte mit geringerer Rotation und kleinerer Geschwindigkeit geschnitten. Ein langer Abschnitt beginnt in der Regel bei einer Länge, die mindestens dem doppelten der Dicke des zu schneidenden Werkstücks W im jeweiligen Bear- beitungsbereich entspricht, mindestens jedoch einer Länge von 10 mm. Mit größerer Rotation der Strömung des/der Sekundärmediums/-medien kann schneller geschnitten werden, bei geringerer Rotation muss langsamer geschnitten werden. Eine geringere Vorschubgeschwindigkeit ist jedoch für das Schneiden von kleinen Abschnitten, z. B. kleinen Radien, die beispielsweise kleiner als das Doppelte der Dicke des Werkstücks W im jeweiligen Bearbeitungsbereich betragen, sind z.B. sägezahnförmige Konturen, Viereckkonturen, deren Kantenlänge ebenfalls kleiner als das Doppelte der Werkstückdicke im jeweiligen Bearbeitungsbereich beträgt, vorteilhaft. Durch die geringere Vor- Schubgeschwindigkeit führt das Führungssystem den Plasmabrenner 1 auch bei Richtungsänderungen der ausgeführten Vorschubbewegung genauer. Außerdem läuft der Plasmastrahl 6 nicht nach, der Rillennachlauf wird reduziert, was bei Ecken an Innenkonturen und Innenecken positiv wirkt. Bei langen Abschnitten spielt dies keine Rolle, hier kann mit großer Rotation der Strömung des/der Sekundärgmediums/-medien schnell geschnitten werden.
Bei dieser Anordnung kann das austretende Sekundärmedium oder
Sekundärmediumgemisch hinsichtlich der Parameter wie Strömungsgeschwindigkeit, Volumenstrom, Rotation der Strömung und Zusammensetzung geändert werden.
Die Figur 9 zeigt zusätzlich in der Zuführung 34 des Plasmagases PG1 ein Ventil 31 im Gehäuse 30 des Plasmabrennerschaftes 3, das das Plasmagas PG1 ein- und ausschaltet. Das Ventil 33 dient der Entlüftung des Hohlraums 11, was insbesondere am Schnittende notwendig ist, um ein schnelles Abströmen des Plasmagases PG1 zu gewährleisten.
Figur 10 zeigt ergänzend zu Figur 9 die Zuführung 35 eines weiteren Plasmagases PG2, das über einen Gasschlauch 35 und ein Ventil 31 analog zu Plasmagas PG1 zugeführt wird. Dadurch kann durch Um- und Zuschaltung der Ventile 31 und 32 ein Wechsel der Plasmagase PG1 oder PG2 in Abhängigkeit vom Prozesszustand erfolgen. Das Ventil 33 dient ebenfalls der Entlüftung des Hohlraums 11.
Figur 11 zeigt den stark vereinfachten Aufbau eines Axialmagnetventils, wie es bei der Erfindung in den Zuführungen für Sekundärmedien und Plasmagas eingesetzt werden kann. Im Inneren seines Körpers ist die Spule S mit den
Windungen, die vom Plasmagas vom Eingang E zum Ausgang A durchströmt werden kann, angeordnet. Im Inneren ist auch der Mechanismus zum Öffnen und Schließen angeordnet. Der Körper des Magnetventils hat eine Länge L und einen Außendurchmesser D. Das hier dargestellte Magnetventil hat eine Länge L von 25 mm und einen Durchmesser von 10mm.
Figur 12 zeigt eine mögliche raumsparende Anordnung der Ventile 31, 63 und 64. Sie sind im Gehäuse 30 so angeordnet, dass sie in einer Ebene senkrecht zur Mittellinie M jeweils in einem Winkel al, von 120° angeordnet sind. Die Abweichung von diesem Winkel sollte ± 30° nicht überschreiten. Dadurch ist die Anordnung raumsparend und kann im Gehäuse 30 bzw. Plasmabrennerschaft 3 angeordnet werden. Die Abstände der mittleren Längsachsen LI, L2 und L3 zwischen den Ventilen 31, 32, 33 sind jeweils < 20mm. Von den Ventilen 31, 32 und 33 ist mindestens ein Ventil mit seinem Eingang E entgegengesetzt zu den anderen Ventilen, d.h. zu deren Ausgängen A ausgerichtet. Das entgegengesetzt ausgerichtete Ventil ist im gezeigten Beispiel das Ventil 33 im
Hohlraum 11.
Figur 13 zeigt eine Anordnung mit vier Ventilen 31, 33, 63 und 64. Sie sind im Inneren des Gehäuses 30 so angeordnet, dass sie in einer Ebene senkrecht zur Mittellinie M jeweils in Winkeln al, a2, a3, a4 von 90° angeordnet sind. Die
Abweichung von diesen Winkeln sollte ± 30° nicht überschreiten. Dadurch ist die Anordnung raumsparend und kann im Gehäuse 30 bzw. Plasmabrennerschaft 3 angeordnet werden. Die Abstände der mittleren Längsachsen LI, L2, L3 und L4 der Ventile 31, 33, 63 und 64 sind < 20 mm. Von diesen Ventilen 31 und 33 ist mindestens ein Ventil mit seinem Eingang E entgegengesetzt zu den anderen Ventilen, d.h. zu deren Ausgängen A ausgerichtet.
Figur 14 zeigt eine Anordnung mit vier Ventilen 31, 33, 63 und 64 sowie eines weiteren Ventils 32. Sie sind im Inneren des Gehäuses 30 so angeordnet, dass sie in einer Ebene senkrecht zur Mittellinie M jeweils in Winkeln al, a2, a3, a4, a5 von 72° angeordnet sind. Die Abweichung von diesen Winkeln sollte ± 15° nicht überschreiten. Dadurch ist die Anordnung raumsparend und kann im Gehäuse 30 bzw. Plasmabrennerschaft 3 angeordnet werden. Die Abstände der mittleren Längsachsen LI, L2, L3, L4 und L5 zwischen den Ventilen sind < 20 mm. Von diesen Ventilen 31 bis 33 ist mindestens ein Ventil mit seinem Eingang E entgegengesetzt zu den anderen Ventilen, d.h. zu deren Ausgängen A ausgerichtet.
Figur 15a zeigt eine schematische die Konturführung eines Plasmabrenners zum Schneiden einer Kontur aus einem Werkstück W aus Sicht von oben auf das Werkstück und die Figur 15b das entstandene Werkstück in perspektivischer Darstellung. Hier soll ein Werkstück mit zwei langen Abschnitten, Kontur Kl, K5 und mehreren kurzen Abschnitten, Kontur K3, geschnitten werden. Abschnitt K0 ist dabei der Schneidbeginn, es wird dort in das Werkstück eingestochen. Die Abschnitte Konturen K2 und K4 sind schneidtechnisch bedingt, um eine scharfe Ecke zu erzielen und befinden sich im sogenannten„Abfallteil", sie sind nicht Teil des ausgeschnittenen Werkstücks.
Folgende Möglichkeiten bestehen während des Einstechens: a. Zum Zeitpunkt des Pilotlichtbogenbetriebs wird das Sekundärmedium noch nicht benötigt. Es stört und verkürzt den aus der Düse 21 heraustretenden Plasmastrahl 6 sogar, da es diesen seitlich anströmt. Deshalb muss der Plasmabrenner 1 mit seiner Düsenschutzkappenöffnung 250 mit einem kleineren Abstand zur Werkstückoberfläche (Figur 17, Abstand d) positioniert werden. Dies wiederum führt zu Gefährdung der Düsenschutzkappe 25 und der Düse 21 durch heißes hochspritzendes aufgeschmolzenes Material. Abhilfe schafft hier das Zuschalten des Sekundärmediums erst zu dem Zeitpunkt, an dem zumindest ein Teil des elektrischen Schneidstromes über das Werkstück fließt und der Lichtbogen zumindest teilweise auf das Werkstück übergegangen ist. So kann einerseits die Düsenschutzkappenöffnung 250 des Plasmabrenners 1 zum Einstechen mit größerem Abstand d zur Werkstückoberfläche positioniert werden und der Lichtbogen setzt dennoch über.
Durch ein Strömen des Sekundärmediums SGI mit größerer Strömungsgeschwindigkeit werden die Düsenschutzkappe 25 und die Düse 21 vor hochspritzendem aufgeschmolzenem heißen Werkstoff des zu bearbeitenden Werkstücks geschützt. Besonders wichtig ist dies bei dicken von zu schneiden Werkstücken ab ca. 20 mm im jeweiligen Bearbeitungsbereich. Dafür kann beispielsweise ein Plasmabrenner 1 entsprechend den Figuren 1 bis 10 eingesetzt werden.
Bei dünneren Werkstückdicken ist es günstiger, Sekundärmedium erst dann durch die Düsenschutzkappenöffnung 250 strömt, wenn das Werkstück teilweise oder vollständig durchstochen ist. Strömt während eines Teils Zeit des Lochstechens oder der gesamten Zeit des Lochstechens - das ist die Zeit, die benötigt wird, um das Werkstück vollständig zu durchstoßen - Sekundärmedium nicht, werden kleinere Einstechlöcher erreicht. Dies führt zu weniger Schlackeablagerungen auf der Werkstückoberfläche, die den Schneidprozess stören können. Sekundärmedium soll frühestens zu dem Zeitpunkt aus der Düsenschutzkappenöffnung 250 strömen, an dem beim Einstechen in ein Werkstück das Werkstück mindestens zu 1/3, besser zur Hälfte und am besten vollständig durchstochen worden ist.
Dafür kann beispielsweise ein Plasmabrenner entsprechend den Figuren 1 bis 10 eingesetzt werden.
Weiterhin ist beim Einstechen in das Werkstück oft eine geringe oder keine Rotation des Sekundärmediums SGI , SGla, SGlb, SG2 sinnvoll, beim Schneiden dagegen eine größere Rotation mit größerer Winkelgeschwindigkeit.
Dafür kann beispielsweise ein Plasmabrenner 1 entsprechend den Figuren 4 und 8 eingesetzt werden. Durch den einen größeren Versatz der Öffnungen 271 und 272 von der Radialen in der Gasführung 27 für die Sekundärmedien rotieren die Sekundärmedien SGla und SGlb (Figur 4) sowie SGI und SG2 (Figur 8) unterschiedlich stark.
Der Wechsel der Rotation des Sekundärmediums bzw. der Sekundärmedien soll frühestens zu dem Zeitpunkt aus der Düsenschutzkappenöffnung 250 erfolgen, an dem beim Einstechen in ein Werkstück das Werkstück mindestens zu 1/3, besser zur Hälfte und am besten vollständig durchstochen worden ist.
Ebenso kann es vorteilhaft zum Einstechen in Baustahl sein, wenn Wasser als Sekundärmedium SGI strömt. Dies verhindert oder redu- ziert die hochspritzenden heißen Metallspritzer und schützt so den Plasmabrenner 1 und auch die Umgebung. Nach dem Durchstechen durch das Werkstück wird das Wasser ausgeschaltet und es strömt ein Gas oder Gasgemisch als Sekundärmedium SG2.
Der Wechsel von Wasser auf Gas als Sekundärmedium soll frühestens zu dem Zeitpunkt aus der Düsenschutzkappenöffnung 250 erfolgen, an dem beim Einstechen in ein Werkstück das Werkstück mindestens zu 1/3, besser zur Hälfte und am besten vollständig durchstochen worden ist.
Auch für hochlegierten Stahl und Nichteisenmetalle kann das Verfahren eingesetzt werden.
Dafür kann beispielsweise ein Plasmabrenner 1 entsprechend den Figuren 6 und 10 eingesetzt werden.
Ebenso ist es von Vorteil, wenn beim Einstechen in Baustahl mit Sauerstoff oder einem höheren Sauerstoffanteil bei einem
Sekundärmediumgemisch eingestochen wird, weil dann die Schmelze dünnflüssiger wird und das Einstechen schneller vonstattengeht. Beim Schneiden selbst kann ein zu hoher Sauerstoffanteil wieder zur Bildung von Unregelmäßigkeiten auf der Schnittkante oder -fläche führen. Auch für das Schneiden von hochlegiertem Stahl, Alumiminium und anderen Metallen kann ein Wechsel des Sekundärmediums zwischen dem Einstechen und dem Schneiden vorteilhaft sein. Der Wechsel von ausströmendem Sekundärmedium soll frühestens zu dem Zeitpunkt aus der Düsenschutzkappenöffnung 250 erfolgen, an dem beim Einstechen in ein Werkstück das Werkstück mindestens zu 1/3, besser zur Hälfte und am besten vollständig durchstochen worden ist.
Dafür kann beispielsweise ein Plasmabrenner 1 entsprechend den Figuren 6 und 10 eingesetzt werden.
Es kann von besonderem Vorteil sein, wenn beim Einstechen in das Werkstück das Sekundärmedium und die Rotation der Strömung des Sekundärmediums geändert werden. Hier kommt es zu den in den unter den Punkten c. und e. beschriebenen Effekten. Als Plasmabrenner 1 kann beispielhaft der in Figur 8 gezeigte eingesetzt werden. Grundsätzlich kann es vorteilhaft sein, das/die Sekundärmedium/-medien in einen oder mehreren Parametern, wie beispielsweise Strömungsgeschwindigkeit, Volumenstrom, Rotation der Strömung und Zusammensetzung während der Phase des Einstechens im Vergleich zu anderen Betriebszuständen zu än- dem.
Nach dem Durchstechen wird die Schneidbewegung mit dem gewählten Sekundärmedium vorgenommen. Nach dem Durchstechen des Werkstücks Kontur K0 wird der lange Abschnitt Kl geschnitten, danach soll im Abschnitt Kon- tur K2 um die Ecke gefahren werden. Eine scharfkantige Ecke erhält man, wenn der Plasmaschneidbrenner 1 wie in Ecke Abschnitt Kontur K2 geführt wird. Hier verlässt der Plasmaschneidbrenner 1, wie in Fig. 15amit dargestellt, die Kontur des zu schneidenden Teils und wird über das„Abfallteil" geführt, um dann wieder auf die Kontur des zu schneidenden Teils zurückzukehren. Dies wird auch„umfahrene Ecke" genannt. Nach dem Abschnitt Kontur K2 schließt sich eine Abschnitt Kontur K3 mit einer beispielhaften Folge kleiner Abschnitte mit Vorschubachsrichtungswechseln an. Während der Zeit, in der der Plasmabrenner 1 sich über dem„Abfallteil" im Abschnitt Kontur K2 geführt wird, erfolgte mindestens eine Veränderungen am ausströmenden Se- kundärmedium.
Folgende Möglichkeiten bestehen beim Überfahren des„Abfallteils" auf Kontur K2:
a. Es ist vorteilhaft während des Schneidens durch Verändern der Rotati- on der Strömung des/der Sekundärmediums/-medien die Schnittqualität zu beeinflussen. Dabei werden lange gerade Abschnitte mit großer Rotation und hoher Geschwindigkeit und kleine Abschnitte mit geringerer Rotation und kleinerer Vorschubgeschwindigkeit geschnitten. Ein langer Abschnitt beginnt in der Regel bei einer Länge, die mindestens dem doppelten der Werkstückdicke im jeweiligen Bearbeitungsbereich des zu schneidenden Werkstücks entspricht, mindestens jedoch eine Länge von 10 mm. Mit größerer Rotation der Strömung des/der Se- kundärmediums/-medien kann mit größerer Vorschubgeschwindigkeit geschnitten werden, bei geringerer Rotation muss mit kleinerer Vor- Schubgeschwindigkeit werden. Eine geringere Vorschubgeschwindigkeit ist jedoch für das Schneiden von kleinen Abschnitten, z. B. kleinen Radien, die beispielsweise kleiner als das Doppelte der Werkstückdicke im jeweiligen Bearbeitungsbereich sind, sägezahnförmige Konturen, Viereckkonturen, deren Kantenlänge ebenfalls kleiner als das Doppelte der Werkstückdicke beträgt, vorteilhaft. Durch die geringere Vorschubgeschwindigkeit führt das Führungssystem den Plasmabrenner 1 auch bei Richtungsänderungen der ausgeführten Bewegung genauer. Außerdem läuft der Plasmastrahl 6 nicht nach, der Rillennachlauf wird reduziert, was bei Ecken an Innenkonturen und Innenecken positiv wirkt. Bei langen Abschnitten spielt dies keine Rolle, hier kann mit großer Rotation der Strömung des/der Sekundärmediums/-medien mit größerer Vorschubgeschwindigkeit geschnitten werden.
Dafür kann beispielsweise ein Plasmabrenner 1 entsprechend den Figuren 4 und 8 eingesetzt werden.
Es ist weiterhin vorteilhaft während des Schneidens eine Änderung des Volumenstroms und/oder der Zusammensetzung des Sekundärmediums vorzunehmen. So werden bei einem Werkstück aus Baustahl kleine Konturen oder kleine Abschnitte mit einem
Sekundärmediumgemisch geschnitten, das einen höheren Anteil an Sauerstoff aufweist als bei großen Abschnitten. Der Sauerstoffanteil liegt dann bei über 40Vol.%.
Dafür kann beispielsweise ein Plasmabrenner 1 entsprechend den Figuren 6 bis 10 eingesetzt werden.
Es ist von besonderem Vorteil, wenn die in den Punkten a. und b. beschriebenen Möglichkeiten kombiniert werden.
Dafür kann beispielsweise ein Plasmabrenner entsprechend der Figuren 8 eingesetzt werden.
Bei dieser Anordnung kann das Sekundärmedium oder
Sekundärmediumgemisch hinsichtlich der Parameter wie Strömungsgeschwindigkeit, Volumenstrom, Rotation der Strömung und Zusammensetzung geändert werden.
Grundsätzlich kann es vorteilhaft sein, das Sekundärmedium oder Sekundärmediumgemisch mit einem oder mehreren Parametern, wie beispielsweise Strömungsgeschwindigkeit, Volumenstrom, Rotation der Strömung und Zusammensetzung während des Schneidens und besonders vorteilhaft beim Überfahren des„Abfallteils" zu verändern.
Erfolgt die Veränderung eins der beschriebenen Parameter im Bereich des Abfallteils, also nicht an einer Schnittkante des auszuschneidenden Werkstücks, wird auf der Schnittkante dieses Werkstücks kein Übergang bzw. Unterschied in der Schnittqualität sichtbar.
Es ist aber auch möglich, einen Wechsel der Parameter auf einem Abschnitt der entstehenden Schnittkante des Werkstücks vorzunehmen. Hierzu muss dann aber außer dem Sekundärmedium mindestens ein weiterer Parameter des Plasmaschneidprozesses, Vorschubgeschwindigkeit, Abstand Plasmabrenner - Werkstückoberfläche (Düsenschutzkappe - Werkstückoberfläche), elektrischer Schneidstrom und/oder elektrische Schneidspannung, geändert werden.
Es ist aber auch möglich, einen der beschriebenen Wechsel des Sekundärmediums beim Überfahren einer Schnittfuge F zu realisieren.
Im Abschnitt K10 Schnittende endet das Schneiden. Auch hier können Parameter des ausströmenden Sekundärmediums oder Sekundärmediumgemischs nochmals geändert werden.
Nach einem der beschriebenen Wechsel mindestens eines Parameters des Sekundärmediums bzw. der Sekundärmedien wird die Kontur K3 mit den kleinen Abschnitten mit dem bzw. den dafür am besten geeigneten Parametern geschnitten.
Der Wechsel auf die Parameter auf den Abschnitt mit langer Kontur K5 erfolgt im Bereich K4 auf dem„Abfallteil" analog zum Wechsel im Abschnitt Kontur K2.
Die Figuren 16a und 16 b zeigen ebenfalls ein geschnittenes Bauteil. Auch hier erfolgt eine wie in den Figuren 15a und 15b beschriebenen Form der Wechsel des ausströmenden Sekundärmediums in den Abschnitten K2 und K4 zwischen den Abschnitten Kl und K3 sowie K5. Die Parameter des ausströmenden Sekundärmediums für den Abschnitt werden gegenüber dem Abschnitt K21 geändert, weil im Abschnitt K3 eine Fase mit einem Winkel, beispielswei- se 45° geschnitten wird. Dies ist auch im letzten Absatz zu Figur 6 beschrieben.
Figur 17 zeigt beispielhaft einen Plasmabrenner 1 mit seiner Positionierung zum Werkstück mit dem Abstand d zwischen Düsenschutzkappe 25 und Werkstück W.
Bezugszeichenliste
1 Plasmabrenner
2 Plasmabrennerkopf
3 Plasmabrennerschaft
5 Koppeleinheit
6 Plasmastrahl (Pilot- oder Schneidlichtbogen)
1 1 Hohlraum
21 Düse
22 Elektrode
23 Gasführung
24 Raum (zwischen Elektrode - Düse)
25 Düsenschutzkappe
26 Raum (Düse - Düsenschutzkappe)
27 Medienführung SG , SG2, SG1 a, SG2a
28 Raum (Düse - Düsenschutzkappe), zur Düsenspitze hin
29 Düsenkappe
30 Gehäuse
31 Ventil PG1
32 Ventil PG2
33 Ventil Entlüftung
34 Zuführung PG1
35 Zuführung PG2
37 Leitung
51 Ventil
61 Zuführung SG1
61 a Zuführung SG1 a
61 b Zuführung SG1 b
62 Zuführung SG2 63 Ventil SG1 , SG1 a
64 Ventil SG2, SG1 b
65 Blende
66 Zuführung
21 0 Düsenbohrung
250 Düsenschutzkappenöffnung
250a weitere Bohrung
271 Bohrungen in Medienführung 27 für Sekundärmedium SG1 , SG1 a
272 Bohrungen in Medienführung 27 für Sekundämedium SG2,
SG1 b
A Ausgang
D Durchmesser
D Abstand Plasmabrenner - Werkstück
E Eingang
F Fuge
g Versatz
K Kontur des geschnittenen Werkstücks
K0 Schneidbeginn, Einstechen
K1 Abschnitt Kontur 1
K2 Abschnitt zwischen zwei Abschnitten
K3 Abschnitt Kontur 3
K4 Abschnitt zwischen zwei Abschnitten
K5 Abschnitt Kontur
K1 0 Schneidende
L Länge
Mittelachse des Plasmabrenners
PG1 Plasmagas 1
PG2 Plasmagas 2
SG1 Sekundärmedium 1 SG1a Sekundärmedium 1a
SG1b Sekundärmedium 1b
SG2 Sekundärmedium 2
S Spule
L1 -L4 Abstände der Ventile
V Schneidrichtung, Vorschubachsrichtung
W Werkstück
W1 Schnittfläche
W2 Werkstückdicke
α1-α4 Winkel

Claims

Patentansprüche
Plasmabrenner, insbesondere Plasmaschneidbrenner, mit einer Zuführung (34) für Plasmagas (PG1), bei dem durch mindestens eine Zuführung (61, 62) mindestens ein Sekundärmedium (SGI, SG2) durch ein Gehäuse (30) des Plasmabrenners (1) bis zu einer Düsenschutzkappen- öffnung (250) und/oder weiteren Öffnungen (250a), die in einer Dü- senschutzkappe (25) vorhanden sind, geführt ist und in der mindestens einen Zuführung (61, 62) unmittelbar innerhalb des Gehäuses (30) des Plasmabrenners (1) mindestens ein Ventil (63, 64) zum Öffnen und Verschließen der Zuführung (61, 62) vorhanden ist.
Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Zuführung (61) in mindestens zwei parallele Zuführungen (61a, 61b) durch die Sekundärmedium (SGI) in Richtung Düsenschutzkap- penöffnung (250) und/oder weiteren Öffnungen (250a) strömt, aufgeteilt ist und innerhalb des Gehäuses (30) mindestens zwei Ventile (63, 64) zum Öffnen und Verschließen der jeweiligen aufgeteilten Zuführung (61a, 61b) vorhanden, die jeweils einzeln aktivierbar sind.
Plasmabrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer der aufgeteilten Zuführungen (61a, 61b) eine Blende (65), eine Drossel oder ein den freien Querschnitt der jeweiligen Zuführung (61a) gegenüber dem freien Querschnitt gegenüber der jeweils anderen aufgeteilten Zuführung (61b) veränderndes Element vorhanden ist.
Plasmabrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Zuführungen(61, 62) für zwei unterschiedliche Sekundärmedien (SGI, SG2) durch das Gehäuse (30) des Plasmabrenners (1) bis zu einer Düsenschutzkappenöffnung (250) geführt werden und/oder weiteren Öffnungen (250a), die in der Dü- senschutzkappe (25) vorhanden sind, geführt sind und und in den Zuführungen (61, 62) für jeweils ein Sekundärmedium (SGI, SG2) innerhalb des Gehäuses (30) jeweils mindestens ein Ventil (63, 64) zum Öffnen und Verschließen der jeweiligen Zuführung (61, 62) vorhanden ist.
Plasmabrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammenführung der aufgeteilten Zuführungen (61a, 61b) für ein Sekundärmedium oder die Zusammenführung der Zuführungen (61, 62) für unterschiedliche Sekundärmedien (SGI, SG2) innerhalb des Gehäuses (30) des Plasmabrenners (1), innerhalb des Plasmakopfes, in einem mit der Düse oder Düsenkappe und der Düsenschutzkappe gebildeten Raum, angeordnet ist und bevorzugt der Zusammenfluss der Sekundermedienströme aus den aufgeteilten Zuführungen (61a, 61b und/oder 61, 62) vor, während bzw. nach dem Passieren einer Gasführung (27) des Plasmabrenners (1) erfolgt.
Plasmabrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Gasführung (27) mindestens zwei Öffnungen (271, 272) oder zwei Gruppen von Öffnungen(271, 272), die das/die jeweilige(n) Sekundärmedium/-medien (SGI, SG2) führen, vorhanden sind; wobei
bevorzugt die Öffnungen (271, 272) unterschiedlich große und geometrisch gestaltete freie Querschnitte aufweisen und/oder in unterschiedlichen Achsrichtungen ausgerichtet sind oder Öffnungen (271, 272) unterschiedlicher Gruppen radial versetzt zueinander angeordnet sind und/oder die Anzahl von Öffnungen (271, 272) in den einzelnen Gruppen unterschiedlich gewählt ist.
Plasmabrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein an eine Zuführung (34) angeschlossener Hohlraum (11) innerhalb des Gehäuses (30) vorhanden ist, an dem an einer Öffnung ein die Öffnung öffnendes und verschließendes Ventil (33), mit dem eine Abführung des mindestens einen Plasmagases aus der mindestens einen Zuführung (34) für das Plasmagas bis zur Düsenöffnung (210) in geöffnetem Zustand dieses Ventils (33) erreichbar ist, vorhanden ist. Plasmabrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses (30) angeordnete Ventile (33, 63, 64) elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigbar, bevorzugt als Axialventil ausgebildet sind und
besonders bevorzugt einen maximalen Außendurchmesser oder eine maximale mittlere Flächendiagonale von maximal 15 mm, eine maximale Länge von 50 mm aufweisen und/oder
der maximale Außendurchmesser des Gehäuses 52 mm beträgt und/oder der maximale Außendurchmesser der Ventile maximal J4, des Außendurchmessers oder einer maximalen mittleren Flächendiagonale des Gehäuses (30) aufweist und/oder die Ventile (33, 63, 64) eine maximale elektrische Leistungsaufnahme von 10 W zu ihrem Betrieb erfordern; wobei bevorzugt bei elektrisch betreibbaren Ventil(en) (33, 63, 64) das jeweilige Sekundärmedium oder das Plasmagas die Wicklung einer Spule (S) durchströmt.
Plasmabrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Plasmabrenner (1) als Schnellwechselbrenner mit einem von einem Plasmabrennerkopf (2) trennbaren Plasmabrennerschaft (3) ausgebildet ist.
Plasmabrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Düsenschutzkappenöffnung (250) oder einer Halterung der Düsenschutzkappe (25) mindestens eine Öffnung (250a) vorhanden ist, durch die zumindest ein Teil eines der Sekundärmedien (SGI, SG2) strömt, wobei bei mehreren vorhandenen Öffnungen (250a) jeweils ein Sekundärmedium (SGI oder SG2) durch eine oder mehrere ausgewählte Öffnung(en) (250a) in Richtung Werkstückoberfläche austritt.
Plasmabrenner nach einem der vorhergehenden Anspürche, dadurch gekennzeichnet, dass gasförmige und/oder flüssige Sekundärmedien einsetzbar sind.
Plasmabrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Plasmabrenner (1) an eine Steuerung ange- schlössen ist, die so ausgebildet ist, dass das/die Ventil(e) (63, 64), die in einer Zuführung (61, 62, 61a, 61b) für Sekundärmedium (SGI, SG2) angeordnet ist/sind, geöffnet ist/sind, wenn zumindest ein Teil des elektrischen Schneidstromes durch das Werkstück (W) fließt, so dass in diesem Betriebszustand Sekundärmedium (SGI, SG2) aus dem Plasmabrenner (1) in Richtung Werkstückoberfläche ausströmen kann und in einem Zeitraum, in dem ein Pilotlichtbogen ausgebildet ist, das/die Ventil(e) (63, 64) geschlossen gehalten ist/sind und/oder
das/die Ventil(e) (63, 64), das/die in einer Zuführung (61, 62, 61a, 61b) für Sekundärmedium (SGI, SG2) angeordnet ist/sind, frühestens zu dem Zeitpunkt geöffnet werden, an dem beim Einstechen in ein Werkstück das Werkstück (W) mindestens zu 1/3, bevorzugt zur Hälfte und besonders bevorzugt vollständig durchstochen worden ist und/oder mindestens ein Ventil (63, 64), das in einer Zuführung für Sekundärmedium (SGI, SG2) angeordnet ist, während des Schneidbeginns (K0), zwischen zwei Schneidabschnitten (K2), beim Überfahren einer Schnittfuge (F) oder am Schneidende (K10) ein-, ausgeschaltet wird.
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