WO2020207522A1 - Verfahren zum plasmaschneiden - Google Patents

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WO2020207522A1
WO2020207522A1 PCT/DE2020/100104 DE2020100104W WO2020207522A1 WO 2020207522 A1 WO2020207522 A1 WO 2020207522A1 DE 2020100104 W DE2020100104 W DE 2020100104W WO 2020207522 A1 WO2020207522 A1 WO 2020207522A1
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WO
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cutting
plasma
workpiece
contour
cut
Prior art date
Application number
PCT/DE2020/100104
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English (en)
French (fr)
Inventor
René Nogowski
Volker Krink
André PÖTSCH
Thomas Steudtner
Original Assignee
Kjellberg-Stiftung
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Publication date
Application filed by Kjellberg-Stiftung filed Critical Kjellberg-Stiftung
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Priority to EP20711040.4A priority patent/EP3953095A1/de
Priority to US17/621,633 priority patent/US20220362876A1/en
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K10/00—Welding or cutting by means of a plasma
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • B23K31/003—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to controlling of welding distortion

Definitions

  • the invention relates to methods and arrangements for plasma cutting of workpieces.
  • Plasma is a thermally highly heated, electrically conductive gas that consists of positive and negative ions, electrons, and excited and neutral atoms and molecules.
  • gases e.g. the monatomic argon or helium and / or the diatomic gases hydrogen, nitrogen, oxygen or air are used. These gases ionize and dissociate through the energy of the plasma arc.
  • the parameters of the plasma jet can be greatly influenced by the design of the nozzle and electrode. These parameters of the plasma jet are e.g. B. the beam diameter, the temperature, energy density and the flow rate of the gas.
  • the plasma is constricted by a nozzle, which can be gas or water-cooled.
  • the nozzle has a nozzle bore through which the plasma jet flows. This enables energy densities of up to 2 x 10 6 W / cm 2 to be achieved. Temperatures of up to 30,000 ° C occur in the plasma jet, which, in conjunction with the high flow rate of the gas, achieve very high cutting speeds on all electrically conductive materials.
  • Plasma cutting is now an established process for cutting electrically conductive materials, with different gases and gas mixtures being used depending on the cutting task.
  • Plasma torches usually consist of a plasma torch head and a plasma torch shaft. An electrode and a nozzle are attached to the plasma torch head. The plasma gas, which exits through the nozzle bore, flows between them. Most of the time, the plasma gas is guided through a gas guide that is attached between the electrode and the nozzle and can be set in rotation. Modern plasma torches also have a feed for a secondary medium, either a gas or a liquid. The nozzle is then surrounded by a nozzle protection cap (also called a secondary gas cap). In particular in the case of liquid-cooled plasma torches, the nozzle is fixed by a nozzle cap, as described, for example, in DE 10 2004 049 445 A1. The cooling medium then flows between the nozzle cap and the nozzle.
  • a nozzle protection cap also called a secondary gas cap
  • 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 affects the plasma jet formed by the arc and the plasma gas. It can be set in rotation by a gas duct which is arranged between the nozzle or nozzle cap and nozzle protection cap.
  • the nozzle protection cap protects the nozzle and the nozzle cap from the heat or the molten metal of the workpiece spurting out, in particular when the plasma jet pierces the material of the workpiece to be cut. In addition, it creates a defined atmosphere around the plasma jet when cutting.
  • unalloyed and low-alloy steels also called structural steels, for example S235 and S355 according to DIN EN 10027-1
  • plasma gases air, oxygen or nitrogen or a mixture thereof are usually used as plasma gases.
  • Air, oxygen or nitrogen or a mixture thereof are also mostly used as secondary gases, the composition and volume flows of the plasma gas and the secondary gas mostly being different, but they can also be the same.
  • high-alloy steels and stainless steels e.g.
  • the plasma gases used are usually nitrogen, argon, an argon-hydrogen mixture, a nitrogen-hydrogen mixture or an argon-hydrogen -Nitrogen mixture used.
  • air can also be used as a plasma gas, but the oxygen content in the air leads to oxidation of the cut surfaces and thus to a deterioration in the quality of the cut.
  • the secondary gas also mostly used is nitrogen, argon, an argon-hydrogen mixture, a nitrogen-hydrogen mixture or an argon-hydrogen-nitrogen mixture, the composition and volume flows of the plasma gas and the secondary gas mostly being different, but also can be the same.
  • contours e.g. B. small inner contours, large inner contours and outer contours to cut or cut in the highest possible quality.
  • Small contours have a circumferential length that is equal to or less than six times the material thickness and / or a diameter that is equal to or less than twice the material thickness.
  • Large contours have a circumferential length that is more than six times the material thickness, and / or a diameter that is more than twice the material thickness.
  • At least the essential cutting parameters for cutting a material are stored in a database, such as B. electrical cutting current, plasma torch distance (distance between plasma torch tip and workpiece surface), cutting speed, plasma gas, secondary gas, electrode, nozzle.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a method for plasma cutting of workpieces with the most varied of methods
  • Contours for example small inner contours, large inner contours and outer contours, can be cut or cut out in high quality.
  • this object is achieved by a method for plasma cutting of workpieces, in which a plasma cutting torch with at least one plasma torch body, an electrode and a nozzle is used for cutting a part from an in particular plate-shaped workpiece with a material thickness, the part of the plasma cutting torch , from which a plasma jet emerges from the nozzle, which forms the plasma torch tip, and in which the plasma cutting torch is guided by means of a guide system along a contour with a cutting speed v relative to the workpiece surface in the feed direction so that at least a small inner contour of the part, its circumference, or .
  • the plasma torch tip being at a cutting distance of from the workpiece surface during cutting, with at least a small or a large part of the circumference of the Small inner contour to be cut of the part with a different cutting distance that is cut between the plasma torch tip and the workpiece surface than at least a small or a major part of the circumference of the outer contour of the part to be cut and / or at least a large or a major part of the circumference of the part to be cut large inner contour of the part.
  • this object is achieved by a method for plasma cutting of workpieces, in which a plasma cutting torch with at least one plasma torch body, an electrode, a nozzle and a secondary gas cap is used, the part of the plasma cutting torch from which the plasma jet emerges from the secondary gas cap , which forms the plasma torch tip, and in which the plasma cutting torch is guided by means of a guide system along a contour at a cutting speed (v) relative to the workpiece surface in the feed direction so that at least one small inner contour of the part, the circumference of which is less than or equal to six times the material thickness of the Workpiece or the diameter of which is less than or equal to twice the material thickness of the workpiece, and that at least one outer contour and / or a large inner contour of the part, whose circumference is greater than six times the material thickness of the workpiece or whose diameter is greater than twice the material thickness of the workpiece, and the plasma torch tip has a cutting distance ds to the workpiece surface during cutting, at least a small part or the largest part
  • this object is achieved by a method for plasma cutting of workpieces, in which a plasma cutting torch with at least one plasma torch body, an electrode, a nozzle and a secondary gas cap is used, the part of the plasma cutting torch from which the plasma jet emerges from the secondary gas cap , which forms the plasma torch tip, and in which the plasma cutting torch is guided by means of a guide system along a contour at a cutting speed v relative to the workpiece surface in the feed direction and cuts a part from a, in particular plate-shaped, workpiece, the composition and / or the volume flow and / or the mass flow and / or the pressure of a secondary gas SG flowing out of the secondary gas cap or the cutting distance ds between the plasma torch tip and the workpiece surface is / are changed at the earliest when a plasma jet strikes the workpiece surface has reached a position on the contour to be cut whose distance from a cutting edge to be traversed is in a range of a maximum of 50%, better a maximum of 25% of a material
  • this object is achieved by a method for
  • Plasma cutting of workpieces using a plasma cutting torch with at least one plasma torch body, an electrode, a nozzle and a secondary gas cap wherein the part of the plasma cutting torch from which the plasma jet emerges from the secondary gas cap, forms the plasma torch tip, and in which the plasma cutting torch is guided by means of a guide system along a contour at a cutting speed v relative to the workpiece surface in the feed direction and a part consists of a, in particular plate-shaped, workpiece cuts, the composition and / or the volume flow and / or the mass flow and / or the pressure of the secondary gas SG flowing out of the secondary gas cap and / or the cutting distance ds between the plasma torch tip and the workpiece surface is changed at the latest when the one strikes the workpiece surface
  • Plasma jet has reached a position on the contour to be cut, the distance 502 of which from the cut edge that has already been traversed is in a range of a maximum of 25% of the workpiece thickness, or whose distance 502 from the cut edge that has already been passed is in the
  • the cutting distance ds when cutting the small inner contour of the part is smaller than the cutting distance ds when cutting the outer contour of the part and / or the large inner contour of the part.
  • the cutting distance ds when cutting the small inner contour is between 40% and 80% of the cutting distance ds when cutting the outer contour of the part and / or the large inner contour of the part.
  • the cutting speed at which the plasma cutting torch is guided relative to the workpiece surface in the feed direction when cutting the small inner contour of the part is lower than the cutting speed v when cutting the outer contour of the part and / or the large inner contour of the part.
  • the cutting speed at which the plasma cutting torch is guided relative to the workpiece surface when cutting the small inner contours of the part is between 20% and 80%, preferably between 40% and 80% of the cutting speed v when cutting the outer contour of the part and / or the large inner contour of the part.
  • the small inner contour / small inner contours are cut first, then the large inner contour / large inner contours and then the outer contour / outer contours of the part.
  • the cutting edge is created by cutting the same contour.
  • the secondary gas is advantageously air, oxygen, nitrogen, argon,
  • Hydrogen, methane or helium or a mixture thereof is used.
  • the mixture consists of oxygen and / or nitrogen and / or air and / or argon and / or helium or of argon and / or nitrogen and / or hydrogen and / or methane and / or helium.
  • composition and / or the volume flow and / or the mass flow and / or the pressure of the the secondary gas SG flowing out of the secondary gas cap is realized by connecting and / or increasing the volume flow and / or increasing the mass flow and / or increasing the pressure of an oxidizing gas or gas mixture and / or a reducing gas or gas mixture.
  • the composition of the secondary gas is changed so that the increase in the proportion of the oxidizing gas or gas mixture and / or the reducing gas or gas mixture in the secondary gas is at least 10% by volume.
  • the increase in the volume flow, the mass flow or the pressure of the oxidizing gas or gas mixture and / or the reducing gas or gas mixture in the secondary gas is at least 10%.
  • the oxidizing gas or gas mixture advantageously contains oxygen and / or air.
  • the oxidizing gas is oxygen
  • the reducing gas or gas mixture contains hydrogen and / or methane.
  • the reducing gas is hydrogen
  • the composition and / or the volume flow and / or the mass flow and / or the pressure of the secondary gas SG flowing out of the secondary gas cap is / are by switching off and / or reducing the volume flow and / or reducing the mass flow and / or reducing the Pressure of nitrogen, argon, air, helium or the mixture realized.
  • the composition of the secondary gas is changed so that the reduction in the volume flow, the mass flow or the pressure of the gases or the gas mixture in the secondary gas is at least 10%.
  • the reduction in the volume flow, the mass flow or the pressure of the gases or the gas mixture in the secondary gas is at least 10%.
  • the cutting distance ds between the plasma torch tip and the workpiece surface is expediently reduced.
  • the cutting distance ds is advantageously reduced by at least 25% and / or at least 1 mm.
  • the cutting speed v, with which the plasma cutting torch is guided relative to the workpiece surface is changed at the earliest when the plasma jet striking the workpiece surface has reached a position on the contour to be cut whose distance from the still
  • the cutting edge to be traversed is in the range of a maximum of 50%, better a maximum of 25% of the material thickness of the workpiece, or the distance from the cutting edge to be traversed is in a range of a maximum of 15 mm, better a maximum of 7 mm, or where the on the workpiece surface impinging plasma jet touches the cutting edge.
  • the cutting speed v, with which the plasma cutting torch is guided relative to the workpiece surface is changed at the latest when the plasma jet striking the workpiece surface has reached a position on the contour to be cut whose distance from the cutting edge that has already been passed is in the range of a maximum of 25% of the Workpiece thickness, or its distance from the cut edge already traversed in the range of 7 mm or where the plasma jet hitting the workpiece surface has passed the cutting edge.
  • the cutting speed v is increased.
  • the cutting speed v is increased by at least 10%.
  • the cutting quality of the small inner contours deteriorates and here especially the perpendicularity and inclination tolerance according to DIN ISO 9013, i.e. H. the cut surfaces are no longer formed almost at right angles to the workpiece surface.
  • the plasma torch distance cutting distance
  • the perpendicularity and slope tolerance improves.
  • a further improvement is achieved if the cutting speed for cutting the small inner contours is also reduced. Since the inner contours are small, this has only a minor effect on the entire cutting time.
  • the cutting speed of the small contours can be between 20% and 80%, better still between 40% and 80% of the cutting speed of the outer contours or large inner contours.
  • Another advantage of using different plasma torch distances is that the cutting process is less susceptible to interference than with small cutting distances.
  • contamination of the workpiece surface for example from slag splashes that the plasma torch tip could “hit”, is less of a problem.
  • the high cutting quality of the inner contours and the high productivity, cutting quality and process reliability for the outer contours and large inner contours on a workpiece It is not necessary to change the wearing parts of the plasma torch. It is also not necessary to change the plasma gas or the secondary gas between the different contours.
  • contours whose circumferential length is equal to or less than three times the material thickness (or whose diameter is less than the material thickness itself).
  • the reduced cutting speed can be between 40% and 80% of the cutting speed of the large contours.
  • the end of the cut is particularly critical for the quality of an inner contour, but also an outer contour.
  • the plasma jet reaches the point where it re-enters the kerf that has already been created by the same cut and passes over the workpiece edge of this joint.
  • the workpiece edge can be "skipped", the scrap part can "fall out” of the contour and the plasma jet can be applied to the already existing cut surface of the inner contour.
  • an annoying projection usually remains.
  • the plasma jet is applied to the already existing cut surface, "washouts” occur, which also have a negative impact on the quality of the cut. An attempt is made to reduce the projection by reducing the cutting speed. However, this in turn increases the washout.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of an arrangement for plasma cutting according to the prior art
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of a further arrangement for plasma cutting according to the prior art
  • Figure 3 is a plan view of a part to be cut out of a workpiece
  • FIG. 4 shows a detailed view of FIG. 3, in the cutting paths for cutting out
  • FIG. 4a shows a side view of a plasma cutting torch over the workpiece shown in FIG. 3 during ignition
  • FIG. 4b is a side view similar to FIG. 4a, but with the
  • Plasma cutting torch is shown at a time in cutting after ignition
  • FIG. 5 shows a detailed view similar to FIG. 3, but in which cutting paths to the
  • FIG. 6 shows a detailed view similar to FIG. 3, but in which cutting paths to
  • Fig. 7 is a detailed view similar to FIG. 3, but in which cutting paths to
  • FIG. 8 shows a plan view of the part from FIG. 3 after the inner contours shown in FIGS. 5 to 7 have been cut out, in which the cutting paths for cutting out an outer contour are drawn;
  • Fig. 9 is a detailed view of Fig. 5 for a more precise representation of the end of the
  • FIG. 9a shows a further detailed view similar to FIG. 9, but in a later view
  • Fig. 9b is a sectional view A-A of Fig. 9a;
  • FIG. 9c shows a further detailed view similar to FIG. 9a, but in one more
  • Fig. 9d is a sectional view B-B of Fig. 9c;
  • Fig. 10 is a plan view of a part to be cut from a workpiece made of a different material from the workpiece shown in Fig. 3;
  • FIG. 1 shows a detailed view of FIG. 10, in which cutting paths for cutting out an inner contour are drawn;
  • FIG. Na is a side view of a plasma cutting torch above that in FIG.
  • Fig. Nb a side view similar to FIG. 11a, but with the
  • Plasma cutting torch is shown at a time in cutting after ignition
  • FIG. 12 shows a detailed view similar to FIG. 10, but in which cutting paths to the
  • FIG. 13 shows a detailed view similar to FIG. 10, but in which cutting paths to the
  • FIG. 14 shows a detailed view similar to FIG. 10, but in which cutting paths to the
  • FIG. 15 shows a plan view of the part from FIG. 10 after the cutting out of the inner contours shown in FIGS. 12 to 14, in which the cutting paths for cutting out an outer contour are drawn;
  • FIG. 16 is a detailed view of FIG. 12 for a more precise illustration of the end of the
  • 16a shows a further detailed view similar to FIG. 16, but in a later view
  • 16b shows a sectional view AA from FIG. 16a; 16c shows a further detailed view similar to FIG. 16a, but in an even later stage of the end of the cutting process;
  • Fig. 16d is a sectional view B-B of Fig. 16c.
  • FIG. 17 shows a schematic diagram of an arrangement for plasma cutting according to FIG.
  • FIGS. 1 and 2 Usual arrangements for plasma cutting are shown schematically in FIGS. 1 and 2.
  • An electrical cutting current flows from a power source 1.1 of the plasma cutting system 1 via an electrical line 5.1 to a plasma cutting torch 2 via an electrode 2.1 of the plasma cutting torch 2 a plasma jet 3 constricted by a nozzle 2.2 and a nozzle bore 2.2.1 to a workpiece 4 and then via a electrical line 5.3 back to a power source 1.1.
  • the gas supply to the plasma cutting torch 2 takes place via lines 5.4 and 5.5 from a gas supply 6 to the plasma cutting torch 2.
  • the plasma cutting system 1 there is a high-voltage ignition device 1.3, a pilot resistor 1.2, the power source 1.1 and a switching contact 1.4 and their control. Valves for controlling the gases can also be provided. However, these are not shown here.
  • the plasma cutting torch 2 essentially comprises a plasma torch head with a beam generation system, comprising the electrode 2.1, the nozzle 2.2, a gas supply 2.3 for plasma gas PG and a plasma torch body 2.7, which supplies the media (gas, cooling water and electrical current) and accommodates the beam generation system .
  • the electrode 2.1 of the plasma cutting torch 2 is a non-consumable electrode 2.1, which essentially consists of a high-temperature material such as tungsten, zirconium or hafnium and therefore has a very long service life.
  • the electrode 2.1 often consists of two parts connected to one another, an electrode holder 2.1.1, which is made of a material that conducts electricity and heat well (e.g.
  • the nozzle 2.2 consists mostly of copper and constricts the plasma jet 3.
  • a gas guide 2.6 for the plasma gas PG, which sets the plasma gas in rotation, can be arranged between the electrode 2.1 and the nozzle 2.2.
  • the part of the plasma cutting torch 2 from which the plasma jet 3 emerges from the nozzle 2.2 is referred to as the plasma torch tip 2.8.
  • the distance between the plasma torch tip 2.8 and the workpiece surface 4.1 is denoted by d. In this example, this distance corresponds to the distance between the nozzle 2.2 and the workpiece surface 4.1.
  • the cutting and ignition sections ds and dz mentioned below.
  • a secondary gas cap 2.4 (nozzle protection cap) for supplying a secondary medium, e.g. a secondary gas SG attached.
  • the combination of secondary gas cap 2.4 and secondary gas SG protects the nozzle 2.2 from damage when the plasma jet 3 pierces the workpiece 4 and creates a defined atmosphere around the plasma jet 3.
  • a gas guide 2.9 which can set the secondary gas in rotation.
  • the point of the plasma cutting torch 2 from which the plasma jet 3 emerges from the secondary gas cap 2.4 is referred to as the plasma torch tip 2.8.
  • the distance between the plasma torch tip 2.8 and the workpiece surface 4.1 is also denoted by d. In this example, this distance d corresponds to the distance between the secondary gas cap 2.4 and the workpiece surface 4.1.
  • the cutting and ignition distances ds and dz mentioned below.
  • a pilot arc is first ignited, which burns between the electrode 2.1 and the nozzle 2.2 with a low electrical current (e.g. 10 A - 30 A) and thus low power, e.g. by means of high electrical voltage generated by the high voltage ignition device 1.3.
  • the current (pilot current) of the pilot arc flows through the electrical line 5.2 from the nozzle 2.2 via the switching contact 1.4 and the electrical resistor 1.2 to the power source 1.1 and is limited by the pilot resistor (electrical resistor) 1.2.
  • This low-energy pilot arc uses partial ionization to prepare the path between the Plasma cutting torch 2 and the workpiece 4 for the cutting arc. If the pilot arc touches the workpiece 4, the electrical potential difference generated by the pilot resistor 1.2 between the nozzle 2.2 and the workpiece 4 leads to the formation of the cutting arc. This then burns between the electrode
  • the switching contact 1.4 is opened and the nozzle 2.2 is switched potential-free from the power source 1.1.
  • This operating mode is also referred to as direct operating mode.
  • the workpiece 4 is exposed to the thermal, kinetic and electrical effects of the plasma jet 3. This makes the process very effective and metals up to great thicknesses, e.g. 180 mm at 600 A cutting current with a cutting speed of 0.2 m / min.
  • the plasma cutting torch 2 is moved with a guide system relative to a workpiece 4 or its surface 4.1.
  • a guide system can e.g. B. be a robot or a CNC-controlled guide machine.
  • the control of the guidance system (not shown) communicates with the arrangement according to FIG. 1 or 2.
  • the electrode 2.1 in particular its emission insert 2.1.2 and the nozzle 2.2, in particular its nozzle bore
  • the secondary gas cap 2.4 and especially its Bore lie on a common axis in order to obtain the same or at least only slightly different perpendicularity and inclination tolerance at the different cutting edges in every direction of movement of the plasma cutting torch 2 relative to the workpiece.
  • perpendicularity and inclination tolerances of quality 2 to 4 according to DIN ISO 9013 are state of the art. This corresponds to an angle of up to 3 0 .
  • FIG. 3 shows, by way of example, a top view of a part 400 which is to be cut out of a workpiece 4.
  • the part 400 to be cut has, for example, four inner contours 410, 430, 450 and 470 and, for example, an outer contour 490.
  • the workpiece is made of structural steel, that is to say of unalloyed or low-alloy steel, e.g. B. S235 or S355 according to DIN EN 10 027-1.
  • the material thickness 4.3 of the workpiece 4 is 10 mm here, for example.
  • Oxygen is used, for example, as the plasma gas and air, for example, as the secondary gas.
  • the inner contour 410 is, for example, a large inner contour, while the inner contours 430, 450 and 470 are, for example, small inner contours.
  • Inner contours are small inner contours if the circumference of the contour is equal to or less than six times the thickness of the workpiece. In this case that is a length of 60 mm, since the workpiece thickness is 10 mm.
  • the circular inner contour 430 has a diameter D430 of, for example, 10 mm, the circumference U430 is, for example, approximately 31 mm.
  • the square inner contour 450 has, for example, a side length S450 of 10 mm each and thus a circumference U430 of 40 mm.
  • the inner contour 470 is, for example, an equilateral triangle and has, for example, a side length S470 of 10 mm each and thus a circumference U470 of 30 mm.
  • the inner contour 410 is square in this example and has a side length S410 of 50 mm each, for example, and thus a circumference U410 of 200 mm.
  • the outer contour is, for example, a square with a side length S490 of, for example, 100 mm and a circumference U490 of 400 mm.
  • a multiplicity of parts 400, but also a wide variety of other parts, can be cut out of the workpiece 4.
  • the plasma torch tip 2.8 of the plasma cutting torch 2 is positioned at a starting point 411 or 431 or 451 or 471 with a defined distance, the ignition distance dz, here 4 mm as an example, above the workpiece surface 4.1.
  • the cutting process is started by an ON signal from the guidance system to the plasma cutting system 1 and the cutting arc or plasma jet 3 is initiated as described under FIGS. 1 and 2.
  • the workpiece 4 to be cut is pierced by the plasma jet 3 (piercing) and after a defined time at a different distance, as shown for example in Figure 4b, positioned above the workpiece surface 4.1, the cutting distance ds, and the cutting is carried out in the feed direction 10 performed with the cutting speed v relative to the workpiece surface 4.1.
  • the cutting distance ds is smaller than the ignition distance dz. As shown in FIGS. 4, 5, 6 and 7, a kerf 414 or 434 or 454 or 474 is created.
  • the piercing takes place on a waste part and the plasma cutting torch 2 is guided over a short section, the so-called piercing lug 412 or 432 or 452 or 472 or 492, that is the kerf on the waste part, to the contour that is ultimately to be cut out.
  • the plasma jet 3 has, depending on its flow and diameter of the nozzle bore 2.2.1 through which it emerges, a diameter that corresponds to a certain joint width B414 or B434 or B454 or B474 and B494 the kerfs 414 or 434 or 454 or 474 and 494 leads.
  • the plasma cutting torch 2 is guided during cutting with a distance running parallel to the workpiece surface 4.1 between the longitudinal axis L running through the center of the nozzle bore 2.2.1 of the nozzle 2.2 and the desired contour, the so-called joint offset or joint compensation.
  • the cutting distance ds with which the best cutting quality can ultimately be achieved, is reached at the latest when the contour 410, 430, 450, 470, 490 to be cut is reached.
  • the contour has essentially been cut by traversing the cutting edge 415 or 435 or 455 or 475 or 495, which was formed by the kerf of the piercing lug 412 or 432 or 452 or 472 or 492.
  • the contour is ultimately formed by the cutting edges 413, 433, 453, 473, 493.
  • the small inner contours 430, 450 and 470 are cut here by way of example with a current of 100 A, a cutting distance ds of, for example, 1.5 mm and a cutting speed v of, for example, 1.4 m / min.
  • the small inner contours 430, 450 and 470 are cut here with a smaller cutting distance ds and a lower cutting speed v than the large inner contour 410 and the outer contour 490.
  • the circumferential direction (feed direction 10) of the small and large inner contours is the same in this example
  • the direction of travel around the outer contour 490 is opposite in this example, as can also be seen from FIGS. 4 to 8.
  • FIG. 9 and the following show the view of the workpiece 4.
  • the end of the cutting process of the inner contour 450 can be seen in more detail.
  • the following descriptions also apply to the other inner contours 410, 430 and 470 and the outer contour 490.
  • the plasma jet 3 of the plasma cutting torch 2 has cut part of the kerf 454 and is immediately passed over the cut edge 455, which is formed by the kerf of the plunging lug 452 .
  • the plasma jet 3 usually follows in the opposite direction to its feed direction 10, as shown in FIG. 4b. So it's distracted. A slight deflection of the plasma jet leads to Beard-free or beard-free cuts and high productivity at the same time.
  • FIG. Ge the grooves b which arise during the cutting on the cut surface 4.2 and which follow due to the deflection of the plasma jet are shown.
  • the greatest distance between two points of a cutting groove in the cutting direction is called groove trail n according to DIN ISO 9013.
  • FIG. 9d shows the section B-B through the kerf 454 in the area of the washout 457.
  • the distance 500 in front of or from the cutting edge 455 that is still to be traversed is exemplified, in which the composition, the volume flow and / or the pressure of the secondary gas flowing out of the secondary gas cap 2.4 and / or the cutting distance ds between the plasma torch tip and the workpiece surface can / can be changed, shown. It is here, for example, 10mm and thus corresponds to the workpiece thickness in this example.
  • the distance 502 after or from the already traversed cutting edge 455, in which the composition, the volume flow and / or the pressure of the secondary gas flowing out of the secondary gas cap and / or the distance between the plasma torch tip and the workpiece surface can be changed / can, shown. It is 7mm here, for example.
  • oxygen is added to the secondary gas, thus increasing the proportion of oxygen.
  • the oxygen content in the secondary gas can also be up to 100%, preferably a maximum of 80% of the volume flow or mass flow.
  • nitrogen, argon, an argon-hydrogen mixture, a nitrogen-hydrogen mixture or an argon-hydrogen-nitrogen can be used as the plasma gas -Mixture can be used.
  • the secondary gas used is also mostly nitrogen, argon, an argon-hydrogen mixture, a nitrogen-hydrogen mixture or an argon-hydrogen-nitrogen mixture.
  • FIG. 10 shows, by way of example, the top view of a part 400 that is to be cut out of a workpiece 4.
  • the part 400 to be cut has four inner contours 410, 430, 450 and 470 and an outer contour 490.
  • the workpiece is made of structural steel, that is, of unalloyed or low-alloy steel, e.g. B. 1.4301 (XsCrNiio-io) or 1.4541 (X6CrNiTii8-io) 1.
  • the thickness of the workpiece 4 is 10 mm here as an example.
  • An argon-hydrogen mixture is used as the plasma gas, for example, and nitrogen is used as the secondary gas.
  • nitrogen is used as the secondary gas.
  • the inner contour 410 is a large inner contour.
  • the inner contours 430, 450 and 470 are small inner contours, for example.
  • Inner contours are small inner contours when the circumference of the contour is equal to or less than six times the thickness 4.3 of the workpiece 4. In this case that is a length of 60 mm, since the workpiece thickness is 10 mm.
  • the circular inner contour 430 has a diameter D430 of 15 mm, for example.
  • the circumference U430 is approximately 47 mm, for example.
  • the inner contour 450 is square, for example, and has a side length S450 of, for example, 14 mm each and thus a circumference U430 of 56 mm.
  • the inner contour 470 is, for example, an equilateral triangle and has a side length S470 of 15 mm each, for example, and thus a circumference U470 of 45 mm.
  • the inner contour 410 is square, for example, and has a side length S410 of 50 mm each, for example, and thus a circumference U410 of 200 mm.
  • the outer contour 490 is a square with a side length S490 of, for example, 100 mm and thus has a circumference of 400 mm.
  • a multiplicity of parts 400, but also a wide variety of other parts, can be cut out of the workpiece 4.
  • Plasma cutting torch 2 is positioned at a starting point 411 or 431 or 451 or 471 or 491 with a defined distance, the ignition distance dz, here for example 5 mm, above the workpiece surface 4.1.
  • the cutting process is started by an ON signal from the guidance system to the plasma cutting system 1 and the cutting arc or plasma jet 3 is initiated as described under FIGS. 1 and 2.
  • the ignition distance dz the workpiece 4 to be cut is pierced by the plasma jet 3 (piercing) and after a defined time at a different distance, as shown in Figure 11b, positioned above the workpiece surface 4.1, the cutting distance ds, and the cutting is carried out in the feed direction 10 performed at the cutting speed v relative to the workpiece surface 4.1.
  • the cutting distance ds is smaller than the ignition distance dz.
  • the kerf 414 or 434 or 454 or 474 or 494 is created.
  • the piercing takes place on a scrap part and the plasma cutting torch 2 is guided over a short section, the so-called piercing lug 412 or 432 or 452 or 472 or 492, that is the kerf on the waste part, to the contour to be ultimately cut out.
  • the plasma jet 3 has, depending on its flow and diameter of the nozzle bore 2.2.1 through which it emerges, a diameter which leads to a certain joint width B414 or B434 or B454 or B474 or B494 of the kerfs 414 or 434 or 454 or 474 or 494.
  • the plasma cutting torch 2 is guided during cutting with a distance running parallel to the workpiece surface 4.1 between the longitudinal axis L running through the center of the nozzle bore 2.2.1 of the nozzle 2.2 and the desired contour, the so-called joint offset or joint compensation.
  • the cutting distance ds with which the best cutting quality can ultimately be achieved, is reached at the latest when the contour 410 or 430 or 450 or 470 or 490 to be cut is reached.
  • the contour has essentially been cut by traversing the cutting edge 415 or 435 or 455 or 475 or 495, which was formed by the kerf of the piercing lug 412 or 432 or 452 or 472 or 492.
  • the contour is ultimately formed by the cut edges 413 or 433 or 453 or 473 or 493.
  • the small inner contours 430, 450 and 470 are cut here by way of example with a current of 130 A, a cutting distance ds of, for example, 2.0 mm and a cutting speed v of, for example, 1.0 m / min.
  • the small inner contours 430, 450 and 470 are cut here with a smaller cutting distance ds and a lower cutting speed v than the large inner contour 410 and the outer contour 490.
  • the direction of travel (feed direction 10) of the small and large inner contours is the same in this example.
  • the direction of travel around the outer contour 490 is opposite in this example, as can also be seen from FIGS. 11 to 15.
  • FIG. 16 and the following show the view of the workpiece 4.
  • the end of the cutting process of the inner contour 450 can be seen in more detail.
  • the following descriptions also apply to the other inner contours 410, 430 and 470.
  • the plasma jet 3 of the plasma cutting torch 2 has cut part of the kerf 454 and becomes the same as the cut edge 455, which passes through the kerf of the Piercing lug 452 is formed, overrun. Most of the time, the plasma jet 3 runs in the opposite direction to its feed direction 10, as shown in FIG. 9, so it is deflected. A slight deflection of the plasma jet leads to low-beard or beard-free cuts and at the same time to high productivity.
  • FIG. 9a shows the grooves b which arise during the cutting on the cut surface 4.2 and which follow due to the deflection of the plasma jet. The greatest distance between two points of a cutting groove in the cutting direction is called groove trail n according to DIN ISO 9013.
  • FIG. 16d shows the section B-B through the kerf 454 in the area of the washout 457.
  • high-alloy steel is cut here by way of example, an argon-hydrogen mixture is used as the plasma gas and nitrogen is used as the secondary gas.
  • nitrogen is used as the secondary gas.
  • the formation of the projection 456 is reduced. Since the cutting speed does not have to be reduced, the formation of the washout 457 is also reduced or even prevented.
  • the cut surface was further improved when the Hydrogen content in the secondary gas at the outlet of the secondary gas cap and the cutting speed can be increased.
  • the cutting speed should preferably only be increased when the hydrogen content of the secondary gas emerging at the secondary gas cap is increased.
  • the increase in the hydrogen content should preferably be at least 10% of the volume flow or 10% by volume of the total secondary gas during most of the time the contour is cut. This can be achieved, for example, by increasing the pressure and / or the volume and / or mass flow or also by switching on the hydrogen in the secondary gas. There is also the possibility of reducing the proportion of the other gas, for example nitrogen, for example by reducing the pressure and / or the volume and / or mass flow or also switching off and thus increasing the hydrogen proportion. After passing over the cutting edge 455 and reaching the already cut kerf 454 after passing at least a part or the entire plunging flag, the cutting current is initially reduced and ultimately switched off.
  • the distance 500 in front of or from the cutting edge 455 that has yet to be traversed is exemplified, in which the composition, the volume flow and / or the pressure of the secondary gas flowing out of the secondary gas cap 2.4 and / or the cutting distance ds between the plasma torch tip and the workpiece surface can / can be changed, shown. It is here, for example, 10mm and thus corresponds to the workpiece thickness in this example.
  • the distance 502 after or from the already traversed cutting edge 455, in which the composition, the volume flow and / or the pressure of the secondary gas flowing out of the secondary gas cap and / or the distance between the plasma torch tip and the workpiece surface can be changed / can, shown. It is 7mm here, for example.
  • FIG. 17 shows an arrangement in accordance with a particular embodiment of the present invention, with which a method in accordance with a particular embodiment of the present invention can be implemented and which is essentially based on FIGS. 1 and 2.
  • the plasma torch 2 however a first and a second secondary gas SGi and SG2 are supplied via lines 5.5 and 5.6.
  • Solenoid valves Yi and Y2 are located in the plasma torch body 2.7 and switch the secondary gases SGi and SG2.
  • the secondary gas 1, e.g. B. nitrogen or air is fed to the plasma jet 3 during cutting by opening the solenoid valve Yi.
  • either the solenoid valve Y2 for the secondary gas SG2, for example oxygen is opened and the secondary gas 1 mixed. It is also possible to switch off the secondary gas 1 by switching off the solenoid valve Yi and to allow only the secondary gas 2, for example oxygen, to flow to the plasma jet as the secondary gas.
  • the point in time at which the secondary gas composition is changed is stored in the control of the guidance system as a function of the course of the contour to be cut and is sent as a signal to the plasma cutting system, which then switches the valves.
  • the different compositions of the secondary gases for cutting and the end of the cut when passing over the kerf formed by the plunger flag are stored in a database.
  • the time at which the cutting distance ds is changed is stored in the control of the guide system as a function of the course of the contour to be cut and is given to the distance control of the guide machine or the plasma cutting torch.
  • the values for the cutting distance ds for cutting and the end of the cut when crossing the kerf formed by the plunge flag are stored in a database.

Abstract

Verfahren zum Plasmaschneiden von Werkstücken, bei dem ein Plasmaschneidbrenner mit zumindest einem Plasmabrennerkörper, einer Elektrode und einer Düse eingesetzt wird.

Description

Verfahren zum Plasmaschneiden
Die Erfindung betrifft Verfahren und Anordnungen zum Plasmaschneiden von Werkstücken.
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, z.B. das einatomige Argon oder Helium und/oder die zweiatomigen Gase Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff oder Luft eingesetzt. Diese Gase ionisieren und dissoziieren durch die Energie des Plasmalichtbogens.
Der Plasmastrahl kann in seinen Parametern durch die Gestaltung der Düse und Elektrode stark beeinflusst werden. Diese Parameter des Plasmastrahls sind z. B. der Strahldurchmesser, die Temperatur, Energiedichte und die Strömungsgeschwindigkeit des Gases.
Beim Plasmaschneiden beispielsweise wird das Plasma durch eine Düse, die gas- oder wassergekühlt sein kann, eingeschnürt. Dazu verfügt die Düse über eine Düsenbohrung, durch die der Plasmastrahl strömt. Dadurch können Energiedichten bis 2 x io6 W/cm2 erreicht werden. Im Plasmastrahl treten Temperaturen bis 30.ooo°C auf, die in Verbindung mit der hohen Strömungsgeschwindigkeit des Gases sehr hohe Schneidgeschwindigkeiten an allen elektrisch leitfähigen Werkstoffen realisieren. Das Plasmaschneiden ist heute ein etabliertes Verfahren zum Schneiden elektrisch leitender Werkstoffe, wobei je nach Schneidaufgabe unterschiedliche Gase und Gasgemische eingesetzt werden.
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 (auch Sekundärgaskappe genannt) umgeben. Die Düse wird insbesondere bei flüssigkeitsgekühlten 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 herausspritzenden geschmolzenen Metall des Werkstücks, insbesondere beim Einstechen des Plasmastrahls in den Werkstoff des zu schneidenden Werkstücks. Außerdem schafft es um den Plasmastrahl beim Schneiden eine definierte Atmosphäre.
Zum Plasmaschneiden un- und niedriglegierter Stähle, auch Baustähle genannt, bspw. S235 und S355 nach DIN EN 10027-1, werden als Plasmagase meist Luft, Sauerstoff oder Stickstoff oder ein Gemisch daraus verwendet. Als Sekundärgase kommen ebenfalls meist Luft, Sauerstoff oder Stickstoff oder ein Gemisch daraus zur Anwendung, wobei die Zusammensetzung und Volumenströme des Plasmagases und des Sekundärgases meist unterschiedlich sind, aber auch gleich sein können. Zum Plasmaschneiden hochlegierter Stähle und nichtrostende Stähle, bspw. 1.4301 (X5CrNiio-io) oder 1.4541 (X6CrNiTii8-io), werden als Plasmagase meist Stickstoff, Argon, ein Argon-Wasserstoff-Gemisch, ein Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch oder ein Argon-Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch eingesetzt. Grundsätzlich ist auch der Einsatz von Luft als Plasmagas möglich, jedoch führt der Sauerstoffanteil in der Luft zur Oxidation der Schnittflächen und damit zur Verschlechterung der Schnittqualität. Als Sekundärgas kommen ebenfalls meist Stickstoff, Argon, ein Argon-Wasserstoff- Gemisch, ein Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch oder ein Argon-Wasserstoff-Stickstoff- Gemisch zur Anwendung, wobei die Zusammensetzung und Volumenströme des Plasmagases und des Sekundärgases meist unterschiedlich sind, aber auch gleich sein können.
Beim Plasmaschneiden besteht die Forderung, unterschiedlichste Konturen, z. B. kleine Innenkonturen, große Innenkonturen und Außenkonturen, in möglichst hoher Qualität zu schneiden oder auszuschneiden.
Kleine Konturen weisen eine umlaufende Länge, die gleich oder weniger als das Sechsfache der Material dicke ist und/ oder einen Durchmesser, der gleich oder weniger als das Doppelte der Materialdicke beträgt, auf. Große Konturen weisen eine umlaufende Länge, die mehr als das Sechsfache der Material dicke beträgt, und/oder einen Durchmesser, der mehr als das Doppelte der Materialdicke beträgt, auf.
In einem CNC-gesteuerten Führungssystem sind in einer Datenbank zumindest die wesentlichen Schneidparameter für das Schneiden eines Materials (Materialart und Materialdicke) gespeichert, wie z. B. elektrischer Schneidstrom, Plasmabrennerabstand (Abstand zwischen Plasmabrennerspitze und Werkstückoberfläche), Schneidgeschwindigkeit, Plasmagas, Sekundärgas, Elektrode, Düse.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Plasmaschneiden von Werkstücken bereitzustellen, mit dem unterschiedlichste
Konturen, z.B. kleine Innenkonturen, große Innenkonturen und Außenkonturen, in hoher Qualität geschnitten bzw. ausgeschnitten werden können. Gemäß einem ersten Aspekt wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Plasmaschneiden von Werkstücken, bei dem ein Plasmaschneidbrenner mit zumindest einem Plasmabrennerkörper, einer Elektrode und einer Düse zum Schneiden eines Teils aus einem insbesondere plattenförmigen Werkstück mit einer Materialdicke eingesetzt wird, wobei der Teil des Plasmaschneidbrenners, aus dem ein Plasmastrahl aus der Düse austritt, die Plasmabrennerspitze bildet, und bei dem der Plasmaschneidbrenner mittels eines Führungssystems entlang einer Kontur mit einer Schneidgeschwindigkeit v relativ zur Werkstückoberfläche in Vorschubrichtung so geführt wird, dass zumindest eine kleine Innenkontur des Teils, deren Umfang, bzw. kleiner als oder gleich dem Sechsfachen der Materialdicke des Werkstücks ist oder deren Durchmesser kleiner als oder gleich dem Doppelten der Materialdicke des Werkstücks ist, und dass zumindest eine Außenkontur des Teils und/oder eine große Innenkontur des Teils, deren Umfang größer als das Sechsfache der Materialdicke des Werkstücks ist oder deren Durchmesser größer als das Doppelte der Materialdicke des Werkstücks ist, ausgeschnitten wird/werden, wobei die Plasmabrennerspitze einen Schneidabstand des zur Werkstückoberfläche während des Schneidens aufweist, wobei zumindest ein kleiner oder ein größter Teil des Umfangs der zu schneidenden kleinen Innenkontur des Teils mit einem anderen Schneidabstand das zwischen der Plasmabrennerspitze und der Werkstückoberfläche geschnitten wird als zumindest ein kleiner oder ein größter Teil des Umfangs der zu schneidenden Außenkontur des Teils und/oder zumindest ein großer oder ein größter Teil des Umfangs der zu schneidenden großen Innenkontur des Teils.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Plasmaschneiden von Werkstücken, bei dem ein Plasmaschneidbrenner mit zumindest einem Plasmabrennerkörper, einer Elektrode, einer Düse und einer Sekundärgaskappe eingesetzt wird, wobei der Teil des Plasmaschneidbrenners, aus dem der Plasmastrahl aus der Sekundärgaskappe austritt, die Plasmabrennerspitze bildet, und bei dem der Plasmaschneidbrenner mittels eines Führungssystems entlang einer Kontur mit einer Schneidgeschwindigkeit (v) relativ zur Werkstückoberfläche in Vorschubrichtung so geführt wird, dass zumindest eine kleine Innenkontur des Teils, deren Umfang kleiner als oder gleich dem Sechsfachen der Materialdicke des Werkstücks ist oder deren Durchmesser kleiner als oder gleich dem Doppelten der Materialdicke des Werkstücks ist, und dass zumindest eine Außenkontur und/oder eine große Innenkontur des Teils, deren Umfang größer als das Sechsfache der Material dicke des Werkstücks ist oder deren Durchmesser größer als das Doppelte der Materialdicke des Werkstücks ist, und die Plasmabrennerspitze einen Schneidabstand ds zur Werkstückoberfläche während des Schneidens aufweist, wobei zumindest ein kleiner Teil oder der größte Teil des Umfangs der zu schneidenden kleinen Innenkontur des Teils mit einem anderen Schneidabstand ds zwischen der Plasmabrennerspitze und der Werkstückoberfläche geschnitten wird als zumindest ein kleiner oder ein größter Teil des Umfangs der zu schneidenden Außenkontur des Teils und/oder zumindest ein großer Teil oder ein größter Teil des Umfangs der zu schneidenden großen Innenkontur des Teils.
Gemäß einem dritten Aspekt wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Plasmaschneiden von Werkstücken, bei dem ein Plasmaschneidbrenner mit zumindest einem Plasmabrennerkörper, einer Elektrode, einer Düse und einer Sekundärgaskappe eingesetzt wird, wobei der Teil des Plasmaschneidbrenners, aus dem der Plasmastrahl aus der Sekundärgaskappe austritt, die Plasmabrennerspitze bildet, und bei dem der Plasmaschneidbrenner mittels eines Führungssystems entlang einer Kontur mit einer Schneidgeschwindigkeit v relativ zur Werkstückoberfläche in Vorschubrichtung geführt wird und ein Teil aus einem, insbesondere plattenförmigen, Werkstück schneidet, wobei die Zusammensetzung und/oder der Volumenstrom und/oder der Massestrom und/oder der Druck eines aus der Sekundärgaskappe ausströmenden Sekundärgases SG oder der Schneidabstand ds zwischen der Plasmabrennerspitze und der Werkstückoberfläche frühestens dann geändert wird/werden, wenn ein auf die Werkstückoberfläche auftreffender Plasmastrahl eine Position auf der auszuschneidenden Kontur erreicht hat, deren Abstand von einer noch zu überfahrenden Schnittkante in einem Bereich von maximal 50%, besser maximal 25% einer Materialdicke des Werkstücks liegt, oder deren Abstand von der noch zu überfahrenden Schnittkante in einem Bereich von maximal 15 mm, besser maximal 7 mm liegt, oder bei der der auf die Werkstückoberfläche auftreffende Plasmastrahl die Schnittkante berührt.
Gemäß einem vierten Aspekt wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum
Plasmaschneiden von Werkstücken, bei dem ein Plasmaschneidbrenner mit zumindest einem Plasmabrennerkörper, einer Elektrode, einer Düse und einer Sekundärgaskappe eingesetzt wird, wobei der Teil des Plasmaschneidbrenners, aus dem der Plasmastrahl aus der Sekundärgaskappe austritt, die Plasmabrennerspitze bildet, und bei dem der Plasmaschneidbrenner mittels eines Führungssystems entlang einer Kontur mit einer Schneidgeschwindigkeit v relativ zur Werkstückoberfläche in Vorschubrichtung geführt wird und ein Teil aus einem, insbesondere plattenförmigen, Werkstück schneidet, wobei die Zusammensetzung und/oder der Volumenstrom und/oder der Massestrom und/oder der Druck des aus der Sekundärgaskappe ausströmenden Sekundärgases SG und/oder der Schneidabstand ds zwischen der Plasmabrennerspitze und der Werkstückoberfläche spätestens dann geändert wird, wenn der auf die Werkstückoberfläche auftreffende Plasmastrahl eine Position auf der auszuschneidenden Kontur erreicht hat, deren Abstand 502 von der bereits überfahrenen Schnittkante in einem Bereich von maximal 25 % der Werkstückdicke liegt, oder deren Abstand 502 von der bereits überfahrenen Schnittkante im Bereich von maximal 7 mm liegt, oder bei der der auf die Werkstückoberfläche auftreffende Plasmastrahl die Schnittkante passiert hat.
Bei den Verfahren gemäß dem ersten und gemäß dem zweiten Aspekt kann vorgesehen sein, dass der Schneidabstand ds beim Schneiden der kleinen Innenkontur des Teils kleiner ist als der Schneidabstand ds beim Schneiden der Außenkontur des Teils und/oder der großen Innenkontur des Teils. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass der Schneidabstand ds beim Schneiden der kleinen Innenkontur zwischen 40 % und 80 % des Schneidabstandes ds beim Schneiden der Außenkontur des Teils und/oder der großen Innenkontur des Teils beträgt.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform wird die Schneidgeschwindigkeit, mit der der Plasmaschneidbrenner relativ zur Werkstückoberfläche in Vorschubrichtung geführt wird, beim Schneiden der kleinen Innenkontur des Teils kleiner ist als die Schneidgeschwindigkeit v beim Schneiden der Außenkontur des Teils und/oder der großen Innenkontur des Teils.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Schneidgeschwindigkeit, mit der der Plasmaschneidbrenner relativ zur Werkstückoberfläche geführt wird, beim Schneiden der kleinen Innenkonturen des Teils zwischen 20 % und 80 %, bevorzugt zwischen 40 % und 80 % der Schneidgeschwindigkeit v beim Schneiden der Außenkontur des Teils und/oder der großen Innenkontur des Teils beträgt.
Vorteilhafterweise werden zunächst die kleine Innenkontur/kleinen Innenkonturen, danach die große Innenkontur/großen Innenkonturen und dann die Außenkontur/Außenkonturen des Teils geschnitten.
Bei dem Verfahren gemäß dem dritten und gemäß dem vierten Aspekt kann vorgesehen sein, dass die Schneidkante durch das Schneiden derselben Kontur entstanden ist.
Vorteilhafterweise wird als Sekundärgas Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Argon,
Wasserstoff, Methan oder Helium oder ein Gemisch daraus verwendet.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass das Gemisch aus Sauerstoff und/ oder Stickstoff und/ oder Luft und/ oder Argon und/ oder Helium oder aus Argon und/ oder Stickstoff und/oder Wasserstoff und/oder Methan und/oder Helium besteht.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform wird/werden die Zusammensetzung und/oder der Volumenstrom und/oder der Massestrom und/oder der Druck des aus der Sekundärgaskappe ausströmenden Sekundärgases SG durch Zuschalten und/oder Erhöhen des Volumenstromes und/oder Erhöhen des Massestromes und/oder Erhöhen des Druckes eines oxidierenden Gases oder Gasgemisches und/oder eines reduzierenden Gas oder Gasgemisches realisiert.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Zusammensetzung des Sekundärgases so geändert wird, dass die Erhöhung des Anteils des oxidierenden Gases oder Gasgemisches und/oder des reduzierenden Gas oder Gasgemisches im Sekundärgas mindestens 10 Vol. % beträgt.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Erhöhung des Volumenstroms, des Massestromes oder des Druckes des oxidierenden Gases oder Gasgemisches und/ oder des reduzierenden Gas oder Gasgemisches im Sekundärgas mindestens 10 % beträgt.
Vorteilhafterweise enthält das oxidierende Gas oder Gasgemisch Sauerstoff und/oder Luft.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass das oxidierende Gas Sauerstoff ist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das reduzierende Gas oder Gasgemisch Wasserstoff und/ oder Methan enthält.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass das reduzierende Gas Wasserstoff ist.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform wird/werden die Zusammensetzung und/oder der Volumenstrom und/oder der Massestrom und/oder der Druck des aus der Sekundärgaskappe ausströmenden Sekundärgases SG durch Abschalten und/oder Verringern des Volumenstromes und/oder Verringern des Massestromes und/oder Verringern des Druckes von Stickstoff, Argon, Luft, Helium oder des Gemisches realisiert. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Zusammensetzung des Sekundärgases so geändert wird, dass die Verringerung des Volumenstroms, des Massestromes oder des Druckes der Gase oder des Gasgemisches im Sekundärgas mindestens 10 % beträgt.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Verringerung des Volumenstroms, des Massestromes oder des Druckes der Gase oder des Gasgemisches im Sekundärgas mindestens 10 % beträgt.
Zweckmäßigerweise wird der Schneidabstand ds zwischen der Plasmabrennerspitze und der Werkstückoberfläche verringert.
Vorteilhafterweise wird der Schneidabstand ds um mindestens 25% und/oder mindestens 1 mm verringert.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Schneidgeschwindigkeit v, mit der der Plasmaschneidbrenner relativ zur Werkstückoberfläche geführt wird, frühestens dann geändert wird, wenn der auf die Werkstückoberfläche auftreffende Plasmastrahl eine Position auf der auszuschneidenden Kontur erreicht hat, deren Abstand von der noch zu überfahrenden Schnittkante im Bereich von maximal 50%, besser maximal 25% der Materialdicke des Werkstücks liegt, oder deren Abstand von der noch zu überfahrenden Schnittkante in einem Bereich von maximal 15 mm, besser maximal 7 mm liegt, oder bei der der auf die Werkstückoberfläche auftreffende Plasmastrahl die Schnittkante berührt.
Vorteilhafterweise wird die Schneidgeschwindigkeit v, mit der der Plasmaschneidbrenner relativ zur Werkstückoberfläche geführt wird, spätestens dann geändert, wenn der auf die Werkstückoberfläche auftreffende Plasmastrahl eine Position auf der auszuschneidenden Kontur erreicht hat, deren Abstand von der bereits überfahrenen Schnittkante im Bereich von maximal 25% der Werkstückdicke liegt, oder deren Abstand von der bereits überfahrenen Schnittkante im Bereich von 7 mm liegt, oder bei der der auf die Werkstückoberfläche auftreffende Plasmastrahl die Schnittkante passiert hat.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Schneidgeschwindigkeit v erhöht wird.
Schließlich kann dabei insbesondere vorgesehen sein, dass die Schneidgeschwindigkeit v um mindestens 10% erhöht wird.Der vorliegenden Erfindung liegt aufgrund von Untersuchungen die folgende Erkenntnis zugrunde:
Werden die unterschiedlichen Konturarten, wie kleine Innenkonturen, große Innenkonturen und Außenkonturen, mit denselben Parametern geschnitten, erhält man unterschiedliche Schnittqualitäten. Insbesondere die Schnittqualität der kleinen Innenkonturen verschlechtert sich und hier besonders die Rechtwinkligkeits- und Neigungstoleranz nach DIN ISO 9013, d. h. die Schnittflächen sind nicht mehr nahezu rechtwinklig zur Werkstückoberfläche ausgebildet. Es wurde überraschenderweise festgestellt, dass durch die Veränderung, insbesondere Verringerung, des Plasmabrennerabstandes (Schneidabstandes) beim Schneiden kleiner Innenkonturen gegenüber den Außenkonturen oder großen Innenkonturen eine wesentliche Verbesserung der Schnittqualität erreicht wird. Insbesondere verbessert sich die Rechtwinkligkeits- und Neigungstoleranz. Eine weitere Verbesserung wird erreicht, wenn dazu noch die Schneidgeschwindigkeit für das Schneiden der kleinen Innenkonturen verringert wird. Da die Innenkonturen klein sind, wirkt sich dies auf die gesamte Schneidzeit nur geringfügig aus. Die Schneidgeschwindigkeit der kleinen Konturen kann zwischen 20 % bis 80%, besser noch zwischen 40 % und 80 % der Schneidgeschwindigkeit der Außenkonturen oder großen Innenkonturen betragen.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung unterschiedlicher Plasmabrennerabstände (Schneidabstände) insbesondere bei den größeren Plasmabrennerabständen bei großen Innenkonturen und Außenkonturen, ist, dass die Störanfälligkeit des Schneidprozesses geringer als bei kleinen Schneidabständen ist. Hier stören Verunreinigungen der Werkstückoberfläche, beispielsweise durch Schlackespritzer, auf die die Plasmabrennerspitze„auffahren“ könnte, weniger. Auf diese Art und Weise werden die hohe Schnittqualität der Innenkonturen und die hohe Produktivität, Schnittqualität und Prozesssicherheit für die Außenkonturen und großen Innenkonturen an einem Werkstück erreicht. Ein Wechsel der Verschleißteile des Plasmabrenners ist nicht notwendig. Ebenso ist ein Wechsel des Plasmagases oder des Sekundärgases zwischen den unterschiedlichen Konturen nicht notwendig. Es ist von Vorteil, dass nur mit einem anderen Plasmabrennerabstand (Schneidabstand) und/oder einer anderen Schneidgeschwindigkeit geschnitten werden kann, da dieser Wechsel sehr schnell erfolgen kann. Hierfür ist nur die Zeit für Übertragung des elektronischen Signals, bspw. < 5ms notwendig, eine Wartezeit, wie z. B. bei einem Wechsel von Verschleißteilen oder bei einem Gaswechsel >0,1 bis 5 sec. ist nicht nötig. Auch werden die damit verbundene Gasverluste und Gasverbräuche reduziert.
In der Steuerung des Führungssystems oder der Plasmaschneidanlage können so beispielsweise unterschiedliche Datensätze zum Schneiden ein und desselben Materials, d. h. für gleiche Materialart und -dicke für unterschiedliche Konturen (kleine Innenkonturen, große Innenkonturen, Außenkonturen) gespeichert sein, die dann der jeweiligen Schneidaufgabe zugeordnet werden. Es ist ebenso möglich, für kleine Konturen eine fixe oder variable Reduzierung des Plasmabrennerabstands (Schneidabstand) und/ oder der Schneidgeschwindigkeit festzulegen.
Weiterhin wird zumindest in einer besonderen Ausführungsform ermöglicht, noch kleinere Innenkonturen in besserer Qualität zu schneiden. Dies sind Konturen, deren umlaufende Länge gleich oder weniger als das Dreifache der Material dicke (oder deren Durchmesser weniger als die Materialdicke selbst) beträgt. Hierfür wird die Schneidgeschwindigkeit nochmals reduziert, um auch in diesen Konturen eine hohe Schnittqualität zu erreichen. Die reduzierte Schneidgeschwindigkeit kann zwischen 40 % und 80% der Schneidgeschwindigkeit der großen Konturen betragen.
Besonders kritisch für die Qualität einer Innenkontur, aber auch einer Außenkontur, ist außerdem das Schnittende. Insbesondere dann, wenn der Plasmastrahl den Punkt erreicht, wo er wieder in die bereits durch denselben Schnitt entstandene Schnittfuge eintritt und die Werkstückkante dieser Fuge überfährt. Hier kann die Werkstückkante „übersprungen“ werden, das Abfallteil aus der Kontur „herausfallen“ und der Plasmastrahl auf der bereits vorhandenen Schnittfläche der Innenkontur ansetzen. Beim Überspringen der Fuge bleibt meist ein störender Vorsprung stehen. Beim Ansetzen des Plasmastrahls auf der bereits vorhandenen Schnittfläche kommt es zu „Auswaschungen“, die die Schnittqualität ebenfalls negativ beeinflussen. Es wird versucht, durch die Verringerung der Schneidgeschwindigkeit den Vorsprung zu reduzieren. Dies verstärkt jedoch wiederum die Auswaschungen.
Es ist bekannt, zwischen den einzelnen 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, und hat den Nachteil, dass dafür Zeit benötigt wird.
Bei dem Verfahren gemäß Anspruch 8 sollte klar sein, dass es auf die Zusammensetzung des Sekundärgases beim Austritt aus der Bohrung der Sekundärgaskappe oder beim Auftreffen auf den Plasmastrahl ankommt und nicht darauf ankommt, wo die Zusammensetzungsänderung durch Ventile in oder vor dem Plasmabrennerschaft erfolgt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der anhand der
schematischen Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Eründung im Einzelnen beschrieben werden. Dabei zeigt:
Fig. l ein Schemadiagramm einer Anordnung zum Plasmaschneiden gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 ein Schemadiagramm einer weiteren Anordnung zum Plasmaschneiden gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Teil, das aus einem Werkstück ausgeschnitten werden soll;
Fig. 4 eine Detailansicht von Fig. 3, in der Schnittwege zum Ausschneiden
einer Innenkontur eingezeichnet sind; Fig. 4a eine Seitenansicht von einem Plasmaschneidbrenner über dem in der Fig. 3 gezeigten Werkstück beim Zünden;
Fig. 4b eine Seitenansicht ähnlich wie Fig. 4a, wobei aber der
Plasmaschneidbrenner in einem Zeitpunkt beim Schneiden nach dem Zünden gezeigt ist;
Fig· 5 eine Detailansicht ähnlich wie Fig. 3, in der aber Schnittwege zum
Ausschneiden einer weiteren Innenkontur eingezeichnet sind;
Fig. 6 eine Detailansicht ähnlich wie Fig. 3, in der aber Schnittwege zum
Ausschneiden einer weiteren Innenkontur eingezeichnet sind;
Fig. 7 eine Detailansicht ähnlich wie Fig. 3, in der aber Schnittwege zum
Ausschneiden einer weiteren Innenkontur eingezeichnet sind;
Fig. 8 eine Draufsicht auf das Teil von Fig. 3 nach dem Ausschneiden der in den Figuren 5 bis 7 gezeigten Innenkonturen, in der die Schnittwege zum Ausschneiden einer Außenkontur eingezeichnet sind;
Fig. 9 eine Detailansicht von Fig. 5 zur genaueren Darstellung des Endes des
Schneidvorgangs der Innenkontur;
Fig. 9a eine weitere Detailansicht ähnlich wie Fig. 9, aber in einem späteren
Stadium des Endes des Schneidvorgangs;
Fig. 9b eine Schnittansicht A-A von Fig. 9a;
Fig. 9c eine weitere Detailansicht ähnlich wie Fig. 9a, aber in einem noch
späteren Stadium des Endes des Schneidvorgangs;
Fig. 9d eine Schnittansicht B-B von Fig. 9c;
Fig. 9e beim Schneiden an einer Schnittfläche des Werkstückes entstehende
Rillen und deren durch die Ablenkung des Plasmastrahls bedingten Nachläufe; Fig. 10 eine Draufsicht auf ein Teil, das aus einem Werkstück ausgeschnitten werden soll, das aus einem anderen Material als das in Fig. 3 gezeigte Werkstück besteht;
Fig. li eine Detailansicht von Fig. 10, in der Schnittwege zum Ausschneiden einer Innenkontur eingezeichnet sind;
Fig. na eine Seitenansicht von einem Plasmaschneidbrenner über dem in der
Fig. 11 gezeigten Werkstück beim Zünden;
Fig. nb eine Seitenansicht ähnlich wie Fig. 11a, wobei aber der
Plasmaschneidbrenner in einem Zeitpunkt beim Schneiden nach dem Zünden gezeigt ist;
Fig. 12 eine Detailansicht ähnlich wie Fig. 10, in der aber Schnittwege zum
Ausschneiden einer weiteren Innenkontur eingezeichnet sind;
Fig. 13 eine Detailansicht ähnlich wie Fig. 10, in der aber Schnittwege zum
Ausschneiden einer weiteren Innenkontur eingezeichnet sind;
Fig. 14 eine Detailansicht ähnlich wie Fig. 10, in der aber Schnittwege zum
Ausschneiden einer weiteren Innenkontur eingezeichnet sind;
Fig. 15 eine Draufsicht auf das Teil von Fig. 10 nach dem Ausschneiden der in den Figuren 12 bis 14 gezeigten Innenkonturen, in der die Schnittwege zum Ausschneiden einer Außenkontur eingezeichnet sind;
Fig. 16 eine Detailansicht von Fig. 12 zur genaueren Darstellung des Endes des
Schneidvorgangs der Innenkontur;
Fig. 16a eine weitere Detailansicht ähnlich wie Fig. 16, aber in einem späteren
Stadium des Endes des Schneidvorgangs;
Fig. 16b eine Schnittansicht A-A von Fig. 16a; Fig. 16c eine weitere Detailansicht ähnlich wie Fig. 16a, aber in einem noch späteren Stadium des Endes des Schneidvorgangs;
Fig. i6d eine Schnittansicht B-B von Fig. 16c; und
Fig. 17 ein Schemadiagram einer Anordnung zum Plasmaschneiden gemäß
einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Durchführung eines Verfahrens zum Plasmaschneiden von Werkstücken gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Übliche Anordnungen zum Plasmaschneiden sind in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellt. Dabei fließt ein elektrischer Schneidstrom von einer Stromquelle 1.1 der Plasmaschneidanlage 1 über eine elektrische Leitung 5.1 zu einem Plasmaschneidbrenner 2 über eine Elektrode 2.1 des Plasmaschneidbrenners 2 einem von einer Düse 2.2 und einer Düsenbohrung 2.2.1 eingeschnürten Plasmastrahl 3 zu einem Werkstück 4 und dann über eine elektrische Leitung 5.3 zurück zu einer Stromquelle 1.1. Die Gasversorgung des Plasmaschneidbrenners 2 erfolgt über Leitungen 5.4 und 5.5 von einer Gasversorgung 6 zum Plasmaschneidbrenner 2 hin. In der Plasmaschneidanlage 1 befinden sich ein Hochspannungszündgerät 1.3, ein Pilotwiderstand 1.2, die Stromquelle 1.1 und ein Schaltkontakt 1.4 und deren Steuerung. Ebenso können Ventile zur Steuerung der Gase vorhanden sein. Diese sind hier aber nicht dargestellt.
Der Plasmaschneidbrenner 2 umfasst im Wesentlichen einen Plasmabrennerkopf mit einem Strahlerzeugungssystem, umfassend die Elektrode 2.1, die Düse 2.2, eine Gaszuführung 2.3 für Plasmagas PG und einen Plasmabrennerkörper 2.7, der die Zuführung der Medien (Gas, Kühlwasser und elektrischen Strom) realisiert und das Strahlerzeugungssystem aufnimmt. Bei der Elektrode 2.1 des Plasmaschneidbrenners 2 handelt es sich um eine nicht abschmelzende Elektrode 2.1, die im Wesentlichen aus einem Hochtemperaturwerkstoff, wie z.B. Wolfram, Zirkonium oder Hafnium, besteht und dadurch eine sehr lange Lebensdauer hat. Oft besteht die Elektrode 2.1 aus zwei Teilen mit einander verbundenen Teilen, einem Elektrodenhalter 2.1.1, der aus gut elektrisch und wärmeleitendem Material (z. B. Kupfer, Silber, Legierungen daraus) besteht, und einem hochschmelzenden Emissionseinsatz 2.1.2 mit geringer Elektronenaustrittsarbeit (Hafnium, Zirkonium, Wolfram). Die Düse 2.2 besteht meist aus Kupfer und schnürt den Plasmastrahl 3 ein. Zwischen der Elektrode 2.1 und der Düse 2.2 kann eine Gasführung 2.6 für das Plasmagas PG, die das Plasmagas in Rotation versetzt, angeordnet sein. In dieser Ausführungsform wird der Teil des Plasmaschneidbrenners 2, aus dem der Plasmastrahl 3 aus der Düse 2.2 austritt, als Plasmabrennerspitze 2.8 bezeichnet. Der Abstand zwischen der Plasmabrennerspitze 2.8 und der Werkstückoberfläche 4.1 ist mit d bezeichnet. Dieser Abstand entspricht in diesem Beispiel dem Abstand zwischen der Düse 2.2 und der Werkstückoberfläche 4.1. Analoges gilt für die weiter unten genannten Schneid- und Zündabschnitte ds bzw. dz.
In Figur 2 ist um die Düse 2.2 des Plasmaschneidbrenners 2 zusätzlich eine Sekundärgaskappe 2.4 (Düsenschutzkappe) zur Zuführung eines Sekundärmediums, z.B. eines Sekundärgases SG, angebracht. Die Kombination aus Sekundärgaskappe 2.4 und Sekundärgas SG schützt die Düse 2.2 vor Beschädigungen beim Einstechen des Plasmastrahls 3 in das Werkstück 4 und schafft um den Plasmastrahl 3 eine definierte Atmosphäre. Zwischen der Düse 2.2 und der Sekundärgaskappe 4 befindet sich eine Gasführung 2.9, die das Sekundärgas in Rotation versetzen kann. In dieser Ausführungsform wird die Stelle des Plasmaschneidbrenners 2, aus der der Plasmastrahl 3 aus der Sekundärgaskappe 2.4 austritt, als Plasmabrennerspitze 2.8 bezeichnet. Der Abstand zwischen der Plasmabrennerspitze 2.8 und der Werkstückoberfläche 4.1 ist ebenfalls mit d bezeichnet. Dieser Abstand d entspricht in diesem Beispiel dem Abstand zwischen der Sekundärgaskappe 2.4 und der Werkstückoberfläche 4.1. Analoges gilt für die weiter unten genannten Schneid- und Zündabstände ds bzw. dz.
Für den Schneidprozess wird zunächst ein Pilotlichtbogen, der zwischen der Elektrode 2.1 und der Düse 2.2 mit geringem elektrischen Strom (z.B. 10 A - 30 A) und damit geringer Leistung brennt, z.B. mittels elektrischer Hochspannung, die durch das Hochspannungszündgerät 1.3 erzeugt wird, gezündet. Der Strom (Pilotstrom) des Pilotlichtbogens fließt durch die elektrische Leitung 5.2 von der Düse 2.2 über den Schaltkontakt 1.4 und den elektrischen Widerstand 1.2 zur Stromquelle 1.1 und wird durch den Pilotwiderstand (elektrischen Widerstand) 1.2 begrenzt. Dieser energiearme Pilotlichtbogen bereitet durch teilweise Ionisation die Strecke zwischen dem Plasmaschneidbrenner 2 und dem Werkstück 4 für den Schneidlichtbogen vor. Berührt der Pilotlichtbogen das Werkstück 4, kommt es durch den vom Pilotwiderstand 1.2 erzeugten elektrischen Potentialunterschied zwischen der Düse 2.2 und dem Werkstück 4 zur Ausbildung des Schneidlichtbogens. Dieser brennt dann zwischen der Elektrode
2.1 und dem Werkstück 4 mit meist größerem elektrischen Strom (z.B. 20 A bis 900 A) und damit auch mit größerer Leistung. Der Schaltkontakt 1.4 wird geöffnet und die Düse 2.2 von der Stromquelle 1.1 potentialfrei geschaltet. Diese Betriebsweise wird auch als direkte Betriebsweise bezeichnet. Dabei wird das Werkstück 4 der thermischen, kinetischen und elektrischen Wirkung des Plasmastrahls 3 ausgesetzt. Dadurch ist das Verfahren sehr effektiv und es können Metalle bis zu großen Dicken, z.B. 180 mm bei 600 A Schneidstrom mit einer Schneidgeschwindigkeit von 0,2 m/min, geschnitten werden.
Dazu wird der Plasmaschneidbrenner 2 mit einem Führungssystem relativ zu einem Werkstück 4 bzw. seiner Oberfläche 4.1 bewegt. Dies kann z. B. ein Roboter oder eine CNC-gesteuerte Führungsmaschine sein. Die Steuerung des Führungssystems (nicht dargestellt) kommuniziert mit der Anordnung nach Figur 1 oder 2.
Im einfachsten Fall startet und beendet es den Betrieb des Plasmaschneidbrenners 2. Nach dem heutigen Stand der Technik können jedoch eine Vielzahl von Signalen und Informationen, z. B. über Betriebszustände und Daten, ausgetauscht werden.
Beim Plasmaschneiden können hohe Schnittqualitäten erreicht werden. Kriterien dafür sind beispielsweise eine geringe Rechtwinkligkeits- und Neigungstoleranz nach DIN ISO 9013. Beim Einhalten der optimalen Schneidparameter, dazu gehören unter anderem der elektrische Schneidstrom, die Schneidgeschwindigkeit, der Abstand zwischen dem Plasmaschneidbrenner und dem Werkstück sowie der Gasdruck, können glatte Schnittflächen und bartfreie Kanten erreicht werden.
Für die Qualität des Schnittes ist es auch wichtig, dass die Elektrode 2.1, insbesondere deren Emissionseinsatz 2.1.2 und die Düse 2.2, insbesondere deren Düsenbohrung
2.2.1 sowie, wenn vorhanden, die Sekundärgaskappe 2.4 und insbesondere deren Bohrung auf einer gemeinsamen Achse liegen, um in jeder Bewegungsrichtung des Plasmaschneidbrenners 2 relativ zum Werkstück eine gleiche oder zumindest nur gering abweichende Rechtwinkligkeits- und Neigungstoleranz an den unterschiedlichen Schnittkanten zu erhalten.
Beim Plasmaschneiden sind heute Rechtwinkligkeits- und Neigungstoleranzen der Güte 2 bis 4 nach der DIN ISO 9013 Stand der Technik. Dies entspricht einem Winkel von bis zu 30.
Die Figur 3 zeigt beispielhaft eine Draufsicht eines Teils 400, welches aus einem Werkstück 4 ausgeschnitten werden soll. Das auszuschneidende Teil 400 hat beispielhaft vier Innenkonturen 410, 430, 450 und 470 sowie beispielhaft eine Außenkontur 490. Das Werkstück besteht in diesem Beispiel aus Baustahl, also aus un- oder niedriglegiertem Stahl, z. B. S235 oder S355 nach DIN EN 10 027-1. Die Materialdicke 4.3 des Werkstücks 4 beträgt hier beispielhaft 10 mm. Als Plasmagas wird beispielhaft Sauerstoff und als Sekundärgas beispielhaft Luft verwendet. Es besteht auch die Möglichkeit, z.B. ein Gemisch aus Luft und Sauerstoff als Sekundärgas zu verwenden. In bestimmten Materialdickenbereichen führt dies zu glatteren, senkrechteren Schnittkanten.
Bei der Innenkontur 410 handelt es sich beispielhaft um eine große Innenkontur, bei den Innenkonturen 430, 450 und 470 handelt es sich beispielhaft um kleine Innenkonturen. Innenkonturen sind dann kleine Innenkonturen, wenn der Umfang der Kontur gleich oder weniger als das Sechsfache der Dicke des Werksstücks beträgt. In diesem Falle ist das eine Länge von 60 mm, da die Werkstückdicke 10 mm beträgt.
Die kreisförmige Innenkontur 430 hat einen Durchmesser D430 von beispielsweise 10 mm, der Umfang U430 beträgt beispielsweise ca. 31 mm. Die quadratische Innenkontur 450 hat beispielhaft eine Seitenlänge S450 von je 10 mm und damit einen Umfang U430 von 40 mm. Die Innenkontur 470 ist beispielhaft ein gleichseitiges Dreieck und hat beispielsweise eine Seitenlänge S470 von je 10 mm und damit einen Umfang U470 von 30 mm. Die Innenkontur 410 ist in diesem Beispiel quadratisch und hat eine Seitenlange S410 von beispielsweise je 50 mm und damit einen Umfang U410 von 200 mm.
Bei der Außenkontur handelt es sich beispielhaft um ein Quadrat mit einer Seitenlange S490 von beispielsweise 100 mm und hat einen Umfang U490 von 400mm. Aus dem Werkstück 4 kann eine Vielzahl von Teilen 400, aber auch unterschiedlichste andere Teile ausgeschnitten werden.
Es werden in diesem Beispiel zunächst die kleinen Innenkonturen 430, 450, 470 eines Teils 400, dann die große Innenkontur 410 und letztlich die Außenkontur 490 ausgeschnitten. Dies wird beispielhaft in den Figuren 4, 4a und 4b für die Innenkontur 430, in der Figur 5 für die Innenkontur 450, in der Figur 6 für die Innenkontur 470, in Figur 7 für die Innenkontur 410 und in Figur 8 für die Außenkontur 490 gezeigt.
Wie in Figur 4a gezeigt, wird dazu die Plasmabrennerspitze 2.8 des Plasmaschneidbrenners 2 an einem Startpunkt 411 bzw. 431 bzw. 451 bzw. 471 mit einem definierten Abstand, dem Zündabstand dz, hier beispielhaft 4 mm, oberhalb der Werkstückoberfläche 4.1 positioniert. Der Schneidprozess wird durch ein EIN-Signal des Führungssystems an die Plasmaschneidanlage 1 gestartet und der Schneidlichtbogen bzw. Plasmastrahl 3 wird, wie unter Figur 1 und 2 beschrieben, eingeleitet. Mit dem Zündabstand dz wird das zu schneidende Werkstück 4 vom Plasmastrahl 3 durchstochen (Einstechen) und nach einer definierten Zeit auf einen anderen Abstand, wie beispielhaft in Figur 4b gezeigt, über der Werkstückoberfläche 4.1, den Schneidabstand ds, positioniert und das Schneiden wird in Vorschubrichtung 10 mit der Schneidgeschwindigkeit v relativ zur Werkstückoberfläche 4.1 durchgeführt. Der Schneidabstand ds ist dabei kleiner als der Zündabstand dz. Es entsteht, wie in den Figuren 4, 5, 6 und 7 gezeigt, eine Schnittfuge 414 bzw. 434 bzw. 454 bzw. 474. Das Einstechen erfolgt auf einem Abfallteil und der Plasmaschneidbrenner 2 wird über einen kurzen Abschnitt, die sogenannte Einstechfahne 412 bzw. 432 bzw. 452 bzw. 472 bzw. 492, das ist die Schnittfuge auf dem Abfallteil, zur letztlich auszuschneidenden Kontur geführt. Der Plasmastrahl 3 hat in Abhängigkeit von seinem Strom und Durchmesser der Düsenbohrung 2.2.1, durch den dieser austritt, einen Durchmesser, der zu einer bestimmten Fugenbreite B414 bzw. B434 bzw. B454 bzw. B474 und B494 der Schnittfugen 414 bzw. 434 bzw. 454 bzw. 474 und 494 führt. Aus diesem Grund wird der Plasmaschneidbrenner 2 beim Schneiden mit einem parallel zur Werkstückoberfläche 4.1 verlaufenden Abstand zwischen der durch den Mittelpunkt der Düsenbohrung 2.2.1 der Düse 2.2 verlaufenden Längsachse L und der gewünschten Kontur, dem sogenannten Fugenversatz oder Fugenkompensation, geführt. In der Regel wird der Schneidabstand ds, mit dem letztlich die beste Schnittqualität realisiert werden kann, spätestens mit dem Erreichen der auszuschneidenden Kontur 410, 430, 450, 470, 490 erreicht. Die Kontur ist im Wesentlichen mit dem Überfahren der Schnittkante 415 bzw. 435 bzw. 455 bzw. 475 bzw. 495, die durch die Schnittfuge der Einstechfahne 412 bzw. 432 bzw. 452 bzw. 472 bzw. 492 gebildet wurde, geschnitten worden. Die Kontur wird letztlich durch die Schnittkanten 413, 433, 453, 473, 493 gebildet.
Die kleinen Innenkonturen 430, 450 und 470 werden hier beispielhaft mit einem Strom von 100 A, einem Schneidabstand ds von beispielhaft 1,5 mm und einer Schneidgeschwindigkeit v von beispielhaft 1,4 m/min geschnitten. Die große Innenkontur 410 und die Außenkontur 490 werden beispielhaft mit einem Strom von 100 A, einem Schneidabstand von ds=3 mm und einer Schneidgeschwindigkeit v von 2,5 m/ min geschnitten. Die kleinen Innenkonturen 430, 450 und 470 werden hier mit einem kleineren Schneidabstand ds und einer kleineren Schneidgeschwindigkeit v geschnitten als die große Innenkontur 410 und die Außenkontur 490. Die Umfahrrichtung (Vorschub richtung 10) der kleinen und großen Innenkonturen ist in diesem Beispiel gleich, die Umfahrrichtung der Außenkontur 490 ist in diesem Beispiel entgegengesetzt dazu, wie auch aus den Figuren 4 bis 8 ersichtlich.
Figur 9 und folgende zeigen die Ansicht auf das Werkstück 4. Dabei ist das Ende des Schneidvorgangs der Innenkontur 450 genauer zu sehen. Die nachfolgenden Beschreibungen gelten auch für die anderen Innenkonturen 410, 430 und 470 und die Außenkontur 490. Der Plasmastrahl 3 des Plasmaschneidbrenners 2 hat einen Teil der Schnittfuge 454 geschnitten und wird gleich die Schnittkante 455, die durch die Schnittfuge der Einstechfahne 452 gebildet wird, überfahren. Meist läuft der Plasmastrahl 3 entgegengesetzt zu seiner Vorschubrichtung 10, wie in Figur 4b gezeigt, nach. Es ist also abgelenkt. Eine leichte Ablenkung des Plasmastrahls führt zu bartarmen oder bartfreien Schnitten und gleichzeitig zu hoher Produktivität. In Figur ge sind die beim Schneiden an der Schnittfläche 4.2 entstehenden Rillen b, die durch die Ablenkung des Plasmastrahls nachlaufen, dargestellt. Der größte Abstand zweier Punkte einer Schnittrille in Schneidrichtung wird nach DIN ISO 9013 Rillennachlauf n genannt.
Es wurde bereits das Problem, das beim Schneiden am Ende einer Innenkontur auftreten kann, nämlich ein beim Überfahren der Schnittkante 455 entstehender oder stehen bleibender Vorsprung 456, wie in Figur 9a gezeigt, beschrieben. Dieser entsteht durch den plötzlichen Wegfall des zu schneidenden Materials in Vorschubrichtung 10 beim Überfahren der Schnittkante 455 der Einstechfahne 452. Der Plasmastrahl 3 springt sozusagen in Vorschubrichtung 10 an der Schnittkante der Schnittfuge entlang und der Nachlauf wird plötzlich kleiner. So entsteht der Vorsprung 456, der an der Unterseite des Werkstücks 4, also auf der Austrittsseite des Plasmastrahls 3 aus dem Werkstück 4, meist noch stärker ausgeprägt ist als an der Werkstückoberfläche 4.1, an der der Plasmastrahl 3 in das Werkstück eintritt. Dies ist in der Figur 9b im Schnitt A-A durch die Schnittfuge 454 im Bereich des Vorsprungs 456 zu erkennen.
Es wird versucht, durch eine Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit v diesem Effekt entgegenzuwirken. Dies führt aber zu Ausspülungen 457 in der bereits vorhandenen Schnittkante bzw. Schnittfläche besonders in Richtung der unteren Fläche des Werkstücks 4, wie in Figur 9c gezeigt. Figur 9d zeigt den Schnitt B-B durch die Schnittfuge 454 im Bereich der Ausspülung 457.
Das gleiche Problem besteht auch beim Schneiden der Außenkontur 490 beim Überfahren der durch die Einstechfahne 492 gebildeten Schnittkante 495.
Wie schon unter Figur 3 beschrieben, wird hier beispielhaft Baustahl geschnitten. Als Plasmagas wird Sauerstoff und als Sekundärgas Luft verwendet. Durch die Zugabe von Sauerstoff zur Luft des Sekundärgases beim Überfahren der Schnittkante 455 durch den Plasmastrahl 3 wird die Bildung des Vorsprungs 456 reduziert. Da die Schneidgeschwindigkeit v nicht reduziert werden muss, wird auch die Ausbildung der Ausspülung 457 reduziert oder sogar verhindert. Die Schnittfläche wurde noch weiter verbessert, wenn der Sauerstoffanteil im Sekundärgas am Austritt der Sekundärgaskappe und die Schneidgeschwindigkeit erhöht werden. Die Schneidgeschwindigkeit v soll vorzugsweise erst dann erhöht werden, wenn der Sauerstoffanteil des an der Sekundärgaskappe austretenden Sekundärgases erhöht ist. Die Erhöhung des Sauerstoffanteils soll vorzugsweise wenigstens 10% des Volumenstromes oder 10 Vol.% des gesamten Sekundärgases während der meisten Zeit des Schneidens der Kontur betragen. Dies kann beispielsweise durch Erhöhung des Drucks und/oder des Volumen- und/oder -Massestromes des Sauerstoffs im Sekundärgas erreicht werden. Es besteht ebenso die Möglichkeit, den Anteil des anderen Gases, beispielsweise Luft oder Stickstoff, beispielsweise durch Reduzierung des Drucks und/oder des Volumen- und/oder -Massestromes zu verringern und so den Sauerstoffanteil zu erhöhen. Nach dem Überfahren der Schnittkante 455 und dem Erreichen der bereits geschnittenen Schnittfuge 454 nach Passieren zumindest eines Teils oder der gesamten Einstechfahne wird der Schneidstrom zunächst reduziert und letztlich ausgeschaltet.
In Figur 9 ist beispielhaft der Abstand 500 vor bzw. von der noch zu überfahrenden Schnittkante 455, in dem die Zusammensetzung, der Volumenstrom und/oder der Druck des aus der Sekundärgaskappe 2.4 ausströmenden Sekundärgases und/oder der Schneidabstand ds zwischen der Plasmabrennerspitze und der Werkstückoberfläche geändert werden kann/können, gezeigt. Er beträgt hier beispielsweise 10mm und entspricht damit in diesem Beispiel der Werkstückdicke.
In Figur 9c ist beispielhaft der Abstand 502 nach bzw. von der bereits überfahrenen Schnittkante 455, in dem die Zusammensetzung, der Volumenstrom und/oder der Druck des aus der Sekundärgaskappe ausströmenden Sekundärgases und/oder der Abstand zwischen der Plasmabrennerspitze und der Werkstückoberfläche geändert werden kann/können, gezeigt. Er beträgt hier beispielsweise 7mm.
Es besteht auch die Möglichkeit, als Sekundärgas Stickstoff einzusetzen. Auch hier wird wie in den 0. g. Bedingungen Sauerstoff zum Sekundärgas hinzugegeben und so der Sauerstoffanteil erhöht. Der Sauerstoffanteil im Sekundärgas kann auch bis 100%, vorzugsweise maximal 80% des Volumenstromes oder Massestromes betragen.
Beim Schneiden von hochlegierten Stählen, bspw. 1.4301 (XsCrNiio-io) oder 1.4541 (X6CrNiTii8-io), können beispielsweise als Plasmagas Stickstoff, Argon, ein Argon- Wasserstoff-Gemisch, ein Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch oder ein Argon-Wasserstoff- Stickstoff-Gemisch eingesetzt werden. Als Sekundärgas kommen ebenfalls meist Stickstoff, Argon, ein Argon-Wasserstoff-Gemisch, ein Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch oder ein Argon-Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch zum Einsatz.
Die Figur 10 zeigt beispielhaft die Draufsicht eines Teils 400, das aus einem Werkstück 4 ausgeschnitten werden soll. Das auszuschneidende Teil 400 hat vier Innenkonturen 410, 430, 450 und 470 sowie eine Außenkontur 490. Das Werkstück besteht aus Baustahl, also aus un- oder niedriglegiertem Stahl, z. B. 1.4301 (XsCrNiio-io) oder 1.4541 (X6CrNiTii8-io) 1. Die Dicke des Werkstücks 4 beträgt hier beispielhaft 10 mm. Als Plasmagas wird beispielhaft ein Argon-Wasserstoff-Gemisch und als Sekundärgas beispielhaft Stickstoff verwendet. Es besteht unter anderem auch die Möglichkeit, ein Gemisch aus Stickstoff und Wasserstoff als Sekundärgas zu verwenden. In bestimmten Materialdickenbereichen führt dies zu glatteren, senkrechteren Schnittkanten.
Bei der Innenkontur 410 handelt es sich in diesem Beispiel um eine große Innenkontur. Bei den Innenkonturen 430, 450 und 470 handelt es sich beispielhaft um kleine Innenkonturen. Innenkonturen sind dann kleine Innenkonturen, wenn der Umfang der Kontur gleich oder weniger als das Sechsfache der Dicke 4.3 des Werksstücks 4 beträgt. In diesem Falle ist das eine Länge von 60 mm, da die Werkstückdicke 10 mm beträgt.
Die kreisförmige Innenkontur 430 hat beispielsweise einen Durchmesser D430 von 15 mm. Der Umfang U430 beträgt beispielsweise ca. 47 mm. Die Innenkontur 450 ist beispielhaft quadratisch und hat eine Seitenlänge S450 von beispielsweise je 14 mm und damit einen Umfang U430 von 56 mm. Die Innenkontur 470 ist beispielsweise ein gleichseitiges Dreieck und hat eine Seitenlänge S470 beispielsweise von je 15 mm und damit einen Umfang U470 von 45 mm. Die Innenkontur 410 ist beispielhaft quadratisch und hat eine Seitenlange S410 von beispielsweise je 50 mm und damit einen Umfang U410 von 200 mm.
Bei der Außenkontur 490 handelt es sich in diesem Beispiel um ein Quadrat mit einer Seitenlange S490 von beispielsweise 100 mm und hat damit einen Umfang von 400 mm. Aus dem Werkstück 4 kann eine Vielzahl von Teilen 400, aber auch unterschiedlichste andere Teile ausgeschnitten werden.
Es werden in diesem Beispiel zunächst die Innenkonturen 430, 450, 470 eines Teils 400, dann die große Innenkontur 410 und letztlich die Außenkontur 490 ausgeschnitten. Dies wird beispielhaft in den Figuren 11, 11a und 11b für die Innenkontur 430, in der Figur 12 für die Innenkontur 450, in der Figur 13 für die Innenkontur 470, in Figur 14 für die Innenkontur 410 und in Figur 15 für die Außenkontur 490 gezeigt.
Wie in Figur 11a gezeigt, wird dazu die Plasmabrennerspitze 2.8 des
Plasmaschneidbrenners 2 an einem Startpunkt 411 bzw. 431 bzw. 451 bzw. 471 bzw. 491 mit einem definierten Abstand, dem Zündabstand dz, hier beispielhaft 5 mm, oberhalb der Werkstückoberfläche 4.1 positioniert. Der Schneidprozess wird durch ein EIN- Signal des Führungssystems an die Plasmaschneidanlage 1 gestartet und der Schneidlichtbogen bzw. Plasmastrahl 3 wird, wie unter Figur 1 und 2 beschrieben, eingeleitet. Mit dem Zündabstand dz wird das zu schneidende Werkstück 4 vom Plasmastrahl 3 durchstochen (Einstechen) und nach einer definierten Zeit auf einen anderen Abstand, wie in Figur 11b gezeigt, über der Werkstückoberfläche 4.1, den Schneidabstand ds, positioniert und das Schneiden wird in Vorschubrichtung 10 mit der Schneidgeschwindigkeit v relativ zur Werkstückoberfläche 4.1 durchgeführt. Der Schneidabstand ds ist dabei kleiner als der Zündabstand dz. Es entsteht, wie in den Figuren 11, 12, 13 und 14 gezeigt, die Schnittfuge 414 bzw. 434 bzw. 454 bzw. 474 bzw. 494. Das Einstechen erfolgt auf einem Abfallteil und der Plasmaschneidbrenner 2 wird über einen kurzen Abschnitt, die sogenannte Einstechfahne 412 bzw. 432 bzw. 452 bzw. 472 bzw. 492, das ist die Schnittfuge auf dem Abfallteil, zur letztlich auszuschneidenden Kontur geführt. Der Plasmastrahl 3 hat in Abhängigkeit von seinem Strom und Durchmesser der Düsenbohrung 2.2.1, durch den dieser austritt, einen Durchmesser, der zu einer bestimmten Fugenbreite B414 bzw. B434 bzw. B454 bzw. B474 bzw. B494 der Schnittfugen 414 bzw. 434 bzw. 454 bzw. 474 bzw. 494 führt. Aus diesem Grund wird der Plasmaschneidbrenner 2 beim Schneiden mit einem parallel zur Werkstückoberfläche 4.1 verlaufenden Abstand zwischen der durch den Mittelpunkt der Düsenbohrung 2.2.1 der Düse 2.2 verlaufenden Längsachse L und der gewünschten Kontur, dem sogenannten Fugenversatz oder Fugenkompensation, geführt. In der Regel wird der Schneidabstand ds, mit dem letztlich die beste Schnittqualität realisiert werden kann, spätestens mit dem Erreichen der auszuschneidenden Kontur 410 bzw. 430 bzw. 450 bzw. 470 bzw. 490 erreicht. Die Kontur ist im Wesentlichen mit dem Überfahren der Schnittkante 415 bzw. 435 bzw. 455 bzw. 475 bzw. 495, die durch die Schnittfuge der Einstechfahne 412 bzw. 432 bzw. 452 bzw. 472 bzw. 492 gebildet wurde, geschnitten worden. Die Kontur wird letztlich durch die Schnittkanten 413 bzw. 433 bzw. 453 bzw. 473 bzw. 493 gebildet.
Die kleinen Innenkonturen 430, 450 und 470 werden hier beispielhaft mit einem Strom von 130 A, einem Schneidabstand ds von beispielhaft 2,0 mm und einer Schneidgeschwindigkeit v von beispielhaft 1,0 m/min geschnitten. Die große Innenkontur 410 und die Außenkontur 490 werden mit einem Strom von beispielhaft 130 A, einem Schneidabstand von beispielhaft ds=3 mm und einer Schneidgeschwindigkeit v von beispielhaft 1,4 m/min geschnitten. Die kleinen Innenkonturen 430, 450 und 470 werden hier mit einem kleineren Schneidabstand ds und einer kleineren Schneidgeschwindigkeit v geschnitten als die große Innenkontur 410 und die Außenkontur 490.
Die Umfahrrichtung (Vorschubrichtung 10) der kleinen und großen Innenkonturen ist in diesem Beispiel gleich. Die Umfahrrichtung der Außenkontur 490 ist in diesem Beispiel entgegengesetzt dazu, wie auch aus den Figuren 11 bis 15 ersichtlich.
Figur 16 und folgende zeigen die Ansicht auf das Werkstück 4. Dabei ist das Ende des Schneidvorgangs der Innenkontur 450 genauer zu sehen. Die nachfolgenden Beschreibungen gelten auch für die anderen Innenkonturen 410, 430 und 470. Der Plasmastrahl 3 des Plasmaschneidbrenners 2 hat einen Teil der Schnittfuge 454 geschnitten und wird gleich die Schnittkante 455, die durch die Schnittfuge der Einstechfahne 452 gebildet wird, überfahren. Meist läuft der Plasmastrahl 3 entgegengesetzt zu seiner Vorschubrichtung 10, wie in Figur 9 gezeigt, nach, es ist also abgelenkt. Eine leichte Ablenkung des Plasmastrahls führt zu bartarmen oder bartfreien Schnitten und gleichzeitig zu hoher Produktivität. In Figur 9a sind die beim Schneiden an der Schnittfläche 4.2 entstehenden Rillen b, die durch die Ablenkung des Plasmastrahls nachlaufen, dargestellt. Der größte Abstand zweier Punkte einer Schnittrille in Schneidrichtung wird nach DIN ISO 9013 Rillennachlauf n genannt.
Es wurde bereits das Problem, das beim Schneiden am Ende einer Innenkontur auftreten kann, nämlich ein beim Überfahren der Schnittkante 455 entstehender oder stehen bleibender Vorsprung 456, wie in Figur 16a gezeigt, beschrieben. Dieser entsteht durch den plötzlichen Wegfall des zu schneidenden Materials in Vorschubrichtung 10 beim Überfahren der Schnittkante 455 der Einstechfahne 452. Der Plasmastrahl 3 springt sozusagen in Vorschubrichtung 10 an der Schnittkante der Schnittfuge entlang und der Nachlauf wird plötzlich kleiner. So entsteht der Vorsprung 456, der an der Unterseite des Werkstücks 4, also auf der Austrittsseite des Plasmastrahls 3 aus dem Werkstück 4, meist noch stärker ausgeprägt ist als an der Werkstückoberfläche 4.1, an der der Plasmastrahl 3 in das Werkstück eintritt. Dies ist der Figur 16b im Schnitt A-A durch die Schnittfuge 454 im Bereich des Vorsprungs 456 zu erkennen.
Es wird versucht, durch eine Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit v diesem Effekt entgegenzuwirken, dies führt aber zu Ausspülungen 457 in der bereits vorhandenen Schnittkante bzw. Schnittfläche besonders in Richtung der unteren Fläche des Werkstücks 4, wie in Figur 15c gezeigt. Figur i6d zeigt den Schnitt B-B durch die Schnittfuge 454 im Bereich der Ausspülung 457.
Wie schon unter Figur 10 beschrieben, wird hier beispielhaft hochlegierter Stahl geschnitten, als Plasmagas wird Argon-Wasserstoff-Gemisch und als Sekundärgas Stickstoff verwendet. Durch die Zugabe von Wasserstoff zum Stickstoff des Sekundärgases beim Überfahren der Schnittkante 455 durch den Plasmastrahl 3 wird die Bildung des Vorsprungs 456 reduziert. Da die Schneidgeschwindigkeit nicht reduziert werden muss, wird auch die Ausbildung der Ausspülung 457 reduziert oder sogar verhindert. Die Schnittfläche wurde noch weiter verbessert, wenn der Wasserstoffanteil im Sekundärgas am Austritt der Sekundärgaskappe und die Schneidgeschwindigkeit erhöht werden. Die Schneidgeschwindigkeit soll vorzugsweise erst dann erhöht werden, wenn der Wasserstoffanteil des an der Sekundärgaskappe austretenden Sekundärgases erhöht ist. Die Erhöhung des Wasserstoffanteils soll vorzugsweise wenigstens 10% des Volumenstromes oder 10 Vol.% des gesamten Sekundärgas während der meisten Zeit des Schneidens der Kontur betragen. Dies kann beispielsweise durch Erhöhung des Drucks und/oder des Volumen- und/oder - Massestromes oder auch durch Zuschalten des Wasserstoffs im Sekundärgas erreicht werden. Es besteht ebenso die Möglichkeit, den Anteil des anderen Gases, beispielsweise Stickstoff, beispielsweise durch Reduzierung des Drucks und/oder des Volumen- und/oder -Massestromes oder auch Abschalten zu verringern und so den Wasserstoffanteil zu erhöhen. Nach dem Überfahren der Schnittkante 455 und dem Erreichen der bereits geschnittenen Schnittfuge 454 nach Passieren zumindest eines Teils oder der gesamten Einstechfahne wird der Schneidstrom zunächst reduziert und letztlich ausgeschaltet.
In Figur 16 ist beispielhaft der Abstand 500 vor bzw. von der noch zu überfahrenden Schnittkante 455, in dem die Zusammensetzung, der Volumenstrom und/oder der Druck des aus der Sekundärgaskappe 2.4 ausströmenden Sekundärgases und/oder der Schneidabstand ds zwischen der Plasmabrennerspitze und der Werkstückoberfläche geändert werden kann/können, gezeigt. Er beträgt hier beispielsweise 10mm und entspricht damit in diesem Beispiel der Werkstückdicke.
In Figur 16c ist beispielhaft der Abstand 502 nach bzw. von der bereits überfahrenen Schnittkante 455, in dem die Zusammensetzung, der Volumenstrom und/oder der Druck des aus der Sekundärgaskappe ausströmenden Sekundärgases und/oder der Abstand zwischen der Plasmabrennerspitze und der Werkstückoberfläche geändert werden kann/können, gezeigt. Er beträgt hier beispielsweise 7mm.
Figur 17 zeigt eine Anordnung gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, mit der ein Verfahren gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung realisiert werden kann und die wesentlich auf den Figuren 1 und 2 basiert. Dem Plasmabrenner 2 werden allerdings ein erstes und ein zweites Sekundärgas SGi und SG2 über die Leitungen 5.5 und 5.6 zugeführt. Magnetventile Yi und Y2 befinden sich im Plasmabrennerkörper 2.7 und schalten die Sekundärgase SGi und SG2. Das Sekundärgas 1, z. B. Stickstoff oder Luft, ist während des Schneidens durch Öffnen des Magnetventils Yi dem Plasmastrahl 3 zugeführt. Bei Überfahren der durch die Einstechfahne 412 bzw. 432 bzw. 352 bzw. 472 bzw. 492 gebildeten Schnittkante 415 bzw. 435 bzw. 455 bzw. 475 bzw. 495 wird entweder zusätzlich das Magnetventil Y2 für das Sekundärgas SG2, beispielhaft Sauerstoff, geöffnet und dem Sekundärgas 1 zugemischt. Es besteht auch die Möglichkeit, das Sekundärgas 1 durch Ausschalten des Magnetventils Yi auszuschalten und als Sekundärgas nur das Sekundärgas 2, beispielhaft Sauerstoff, zum Plasmastrahl strömen zu lassen.
Der Zeitpunkt des Veränderns der Sekundärgaszusammensetzung ist in der Steuerung des Führungssystems in Abhängigkeit vom Verlauf der auszuschneidenden Kontur gespeichert und wird als Signal an die Plasmaschneidanlage gegeben, die dann das Schalten der Ventile vornimmt.
Die unterschiedliche Zusammensetzung der Sekundärgase für das Schneiden und das Schnittende beim Überfahren der durch die Einstechfahne gebildeten Schnittfuge sind in einer Datenbank gespeichert.
In einigen Fällen hat sich gezeigt, dass die beschriebenen Effekte des stehen bleibenden Vorsprungs 546 oder der Ausspülung457 reduziert werden, wenn der Schneidabstand ds der Plasmabrennerspitze 2.8 zur Werkstückoberfläche 4.1 in der Nähe der Schnittkante 415 bzw. 435 bzw. 455 bzw. 475 bzw. 495 verringert wird. Durch Verringerung des Abstandes um beispielsweise 1 mm wurde der Vorsprung reduziert.
Der Zeitpunkt des Veränderns des Schneidabstandes ds ist in der Steuerung des Führungssystems in Abhängigkeit vom Verlauf der auszuschneidenden Kontur gespeichert und wird an die Abstandsregelung der Führungsmaschine bzw. den Plasmaschneidbrenner gegeben. Auch hier sind die Werte für den Schneidabstand ds für das Schneiden und das Schnittende beim Überfahren der durch die Einstechfahne gebildeten Schnittfuge in einer Datenbank gespeichert.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in den beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Bezugszeichenliste
1 Plasmaschneidanlage
1.1 Stromquelle
1.2 Pilotwiderstand
1.3 Hochspannungszündgerät
1.4 Schaltkontakt
2 Plasmaschneidbrenner
2.1 Elektrode
2.1.1 Elektrodenhalter
2.1.2 Emissionseinsatz
2.2 Düse
2.2.1 Düsenbohrung
2.3 Gaszuführung Plasmagas
2.4 Sekundärgaskappe
2.5 Sekundärgaszuführung Sekundärgas
2.5.1 Sekundärgaszuführung Sekundärgas 1
2.5.2 Sekundärgaszuführung Sekundärgas 2 Gasführung für Plasmagas
Plasmabrennerkörper
Plasmabrennerspitze
Gasführung für Sekundärgas
Plasmastrahl
Werkstück
Werkstückoberfläche
Schnittfläche
Materialdicke
Zuleitungen
elektrische Leitung Schneidstrom
elektrische Leitung Pilotstrom
elektrische Leitung Werkstück - Plasmaschneidanlage Leitung Plasmagas
Leitung Sekundärgas 1
Leitung Sekundärgas 2
Gasversorgung
Vorschubrichtung des Plasmaschneidbrenners auszuschneidendes Teil
große Innenkontur
Startpunkt, Einstechpunkt
Einstechfahne
Schnittkante
Schnittfuge
Schnittkante der Einstechfahne
kleine Innenkontur 431 Startpunkt, Einstechpunkt
432 Einstechfahne
433 Schnittkante
434 Schnittfuge
435 Schnittkante der Einstechfahne
450 kleine Innenkontur
451 Startpunkt, Einstechpunkt
452 Einstechfahne
453 Schnittkante
454 Schnittfuge
455 Schnittkante der Einstechfahne
456 Vorsprung
457 Ausspülungen
470 kleine Innenkontur
471 Startpunkt, Einstechpunkt
472 Einstechfahne
473 Schnittkante
474 Schnittfuge
475 Schnittkante der Einstechfahne
490 Außenkontur
492 Einstechfahne
493 Schnittkante
495 Schnittkante der Einstechfahne
500 Abstand von noch zu überfahrender Schnittkante
502 Abstand von bereits überfahrener Schnittkante b Rille B414 Fugenbreite
B434 Fugenbreite
B454 Fugenbreite
B474 Fugenbreite
B494 Fugenbreite
D430 Durchmesser kleine Innenkontur
d Abstand Plasmabrennerspitze - Werkstückoberfläche ds Schneidabstand Plasmabrennerspitze - Werkstückoberfläche dz Zündabstand Plasmabrennerspitze Werkstückoberfläche
L Längsachse
n Rillennachlauf
PG Plasmagas
SG Sekundärgas
SGi Sekundärgas 1
SG2 Sekundärgas 2
S410 Seitenlänge große Innenkontur
S450 Seitenlänge kleine Innenkontur
S470 Seitenlänge kleine Innenkontur
S490 Seitenlänge Außenkontur
U410 Umfang große Innenkontur
U440 Umfang kleine Innenkontur
U450 Umfang kleine Innenkontur
U470 Umfang kleine Innenkontur
U490 Umfang Außenkontur
v Schneidgeschwindigkeit
Yi Magnetventil Sekundärgas 1 Y2 Magnetventil Sekundärgas 2

Claims

Ansprüche l. Verfahren zum Plasmaschneiden von Werkstücken, bei dem ein Plasmaschneidbrenner (2) mit zumindest einem Plasmabrennerkörper (2.7), einer Elektrode (1) und einer Düse (2.2) zum Schneiden eines Teils (400) aus einem insbesondere plattenförmigen Werkstück (4) mit einer Materialdicke (4.3) eingesetzt wird, wobei der Teil des Plasmaschneidbrenners (2), aus dem ein Plasmastrahl (3) aus der Düse (2.2) austritt, die Plasmabrennerspitze (2.8) bildet, und bei dem der Plasmaschneidbrenner (2) mittels eines Führungssystems entlang einer Kontur mit einer Schneidgeschwindigkeit v relativ zur Werkstückoberfläche (4.1) in Vorschubrichtung (10) so geführt wird, dass zumindest eine kleine Innenkontur (430, 450, 470) des Teils (400), deren Umfang (U430, U450 bzw. U470) kleiner als oder gleich dem Sechsfachen der Materialdicke (4.3) des Werkstücks (4) ist oder deren Durchmesser (D430) kleiner als oder gleich dem Doppelten der Materialdicke (4.3) des Werkstücks (4) ist, und dass zumindest eine Außenkontur (490) des Teils (400) und/oder eine große Innenkontur (410) des Teils (400), deren Umfang (U410) größer als das Sechsfache der Materialdicke (4.3) des Werkstücks (4) ist oder deren Durchmesser größer als das Doppelte der Materialdicke (4.3) des Werkstücks (4) ist, ausgeschnitten wird/werden, wobei die Plasmabrennerspitze (2.8) einen Schneidabstand ds zur Werkstückoberfläche (4.1) während des Schneidens aufweist, wobei zumindest ein kleiner oder ein größter Teil des Umfangs (U430, U450, U470) der zu schneidenden kleinen Innenkontur (430, 450, 470) des Teils (400) mit einem anderen Schneidabstand ds zwischen der Plasmabrennerspitze (2.8) und der Werkstückoberfläche (4.1) geschnitten wird als zumindest ein kleiner oder ein größter Teil des Umfangs (U490) der zu schneidenden Außenkontur (490) des Teils (400) und/oder zumindest ein großer oder ein größter Teil des Umfangs (U410) der zu schneidenden großen Innenkontur (410) des Teils (400).
2. Verfahren zum Plasmaschneiden von Werkstücken, bei dem ein Plasmaschneidbrenner (2) mit zumindest einem Plasmabrennerkörper, einer Elektrode (1), einer Düse (2.2) und einer Sekundärgaskappe (2.4) eingesetzt wird, wobei der Teil des Plasmaschneidbrenners (2), aus dem der Plasmastrahl (3) aus der Sekundärgaskappe (2.4) austritt, die Plasmabrennerspitze (2.8) bildet, und bei dem der Plasmaschneidbrenner (2) mittels eines Führungssystems entlang einer Kontur mit einer Schneidgeschwindigkeit (v) relativ zur Werkstückoberfläche (4.1) in Vorschubrichtung (10) so geführt wird, dass zumindest eine kleine Innenkontur (430, 450, 470) des Teils (400), deren Umfang (U430 bzw. U450 bzw. U470) kleiner als oder gleich dem Sechsfachen der Materialdicke (4.3) des Werkstücks (4) ist oder deren Durchmesser (D430) kleiner als oder gleich dem Doppelten der Materialdicke (4.3) des Werkstücks (4) ist, und und dass zumindest eine Außenkontur (490) und/oder eine große Innenkontur (410) des Teils (400), deren Umfang (U410) größer als das Sechsfache der Materialdicke (4.3) des Werkstücks (4) ist oder deren Durchmesser größer als das Doppelte der Materialdicke (4.3) des Werkstücks (4) ist, und die Plasmabrennerspitze (2.8) einen Schneidabstand ds zur
Werkstückoberfläche (4.1) während des Schneidens aufweist, wobei zumindest ein kleiner Teil oder der größte Teil des Umfangs (U430, U450, U470) der zu schneidenden kleinen Innenkontur (430, 450, 470) des Teils (400) mit einem anderen Schneidabstand ds zwischen der Plasmabrennerspitze (2.8) und der Werkstückoberfläche (4.1) geschnitten wird als zumindest ein kleiner oder ein größter Teil des Umfangs (U490) der zu schneidenden Außenkontur (490) des Teils (400) und/oder zumindest ein großer Teil oder ein größter Teil des Umfangs (U410) der zu schneidenden großen Innenkontur (410) des Teils (400).
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidabstand ds beim Schneiden der kleinen Innenkontur (430, 450, 470) des Teils (400) kleiner ist als der Schneidabstand ds beim Schneiden der Außenkontur (490) des Teils (400) und/oder der großen Innenkontur (410) des Teils (400).
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidabstand ds beim Schneiden der kleinen Innenkontur (430, 450, 470) zwischen 40 % und 80 % des Schneidabstandes ds beim Schneiden der Außenkontur (490) des Teils (400) und/oder der großen Innenkontur (410) des Teils (400) beträgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidgeschwindigkeit v, mit der der Plasmaschneidbrenner (2) relativ zur Werkstückoberfläche (4.1) in Vorschubrichtung (10) geführt wird, beim Schneiden der kleinen Innenkontur (430, 450, 470) des Teils (400) kleiner ist als die Schneidgeschwindigkeit v beim Schneiden der Außenkontur (490) des Teils (400) und/oder der großen Innenkontur (410) des Teils (400).
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Schneidgeschwindigkeit v, mit der der Plasmaschneidbrenner (2) relativ zur Werkstückoberfläche (4.1) geführt wird, beim Schneiden der kleinen Innenkonturen (430, 450, 470) des Teils (400) zwischen 20 % und 80 %, bevorzugt zwischen 40 % und 80 % der Schneidgeschwindigkeit v beim Schneiden der Außenkontur (490) des Teils (400) und/oder der großen Innenkontur (410) des Teils (400) beträgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die kleine Innenkontur/kleinen Innenkonturen (430, 450, 470), danach die große Innenkontur/großen Innenkonturen (410) und dann die Außenkontur/Außenkonturen (490) des Teils (400) geschnitten werden.
8. Verfahren zum Plasmaschneiden von Werkstücken, bei dem ein Plasmaschneidbrenner (2) mit zumindest einem Plasmabrennerkörper (2.7), einer Elektrode (2.1), einer Düse (2.2) und einer Sekundärgaskappe (2.4) eingesetzt wird, wobei der Teil des Plasmaschneidbrenners (2), aus dem der Plasmastrahl (3) aus der Sekundärgaskappe (2.4) austritt, die Plasmabrennerspitze (2.8) bildet, und bei dem der Plasmaschneidbrenner (2) mittels eines Führungssystems entlang einer Kontur mit einer Schneidgeschwindigkeit v relativ zur Werkstückoberfläche (4.1) in Vorschub richtung geführt wird und ein Teil (400) aus einem, insbesondere plattenförmigen, Werkstück (4) schneidet, wobei die Zusammensetzung und/oder der Volumenstrom und/oder der Massestrom und/oder der Druck eines aus der Sekundärgaskappe (2.4) ausströmenden Sekundärgases SG und/oder der Schneidabstand ds zwischen der Plasmabrennerspitze (2.8) und der Werkstückoberfläche (4.1) frühestens dann geändert wird/werden, wenn ein auf die Werkstückoberfläche (4.1) auftreffender Plasmastrahl (3) eine Position auf der auszuschneidenden Kontur erreicht hat, deren Abstand 500 von einer noch zu überfahrenden Schnittkante (415, 435, 455, 475, 495) in einem Bereich von maximal 50%, besser maximal 25% einer Materialdicke (4.3) des Werkstücks (4) liegt, oder deren Abstand 500 von der noch zu überfahrenden Schnittkante (415, 435, 455, 475, 495) in einem Bereich von maximal 15 mm, besser maximal 7 mm liegt, oder bei der der auf die Werkstückoberfläche (4.1) auftreffende Plasmastrahl (3) die Schnittkante (415, 435, 455, 475, 495) berührt.
9. Verfahren zum Plasmaschneiden von Werkstücken, bei dem ein Plasmaschneidbrenner (2) mit zumindest einem Plasmabrennerkörper (2.7), einer Elektrode (2.1), einer Düse (2.2) und einer Sekundärgaskappe (2.4) eingesetzt wird, wobei der Teil des Plasmaschneidbrenners (2), aus dem der Plasmastrahl (3) aus der Sekundärgaskappe (2.4) austritt, die Plasmabrennerspitze (2.8) bildet, und bei dem der Plasmaschneidbrenner (2) mittels eines Führungssystems entlang einer Kontur mit einer Schneidgeschwindigkeit v relativ zur Werkstückoberfläche (4.1) in Vorschub richtung geführt wird und ein Teil (400) aus einem, insbesondere plattenförmigen, Werkstück (4) schneidet, wobei die Zusammensetzung und/oder der Volumenstrom und/oder der Massestrom und/oder der Druck des aus der Sekundärgaskappe (2.4) ausströmenden Sekundärgases SG und/oder der Schneidabstand ds zwischen der Plasmabrennerspitze (2.8) und der Werkstückoberfläche 4.1 spätestens dann geändert wird, wenn der auf die Werkstückoberfläche (4.1) auftreffende Plasmastrahl (3) eine Position auf der auszuschneidenden Kontur erreicht hat, deren Abstand 502 von der bereits überfahrenen Schnittkante (415, 435, 455, 475, 495) in einem Bereich von maximal 25 % der Werkstückdicke (4.3) liegt, oder deren Abstand 502 von der bereits überfahrenen Schnittkante (415, 435, 455, 475, 495) im Bereich von maximal 7 mm liegt, oder bei der der auf die Werkstückoberfläche (4.1) auftreffende Plasmastrahl (3) die Schnittkante (415, 435, 455, 475, 495) passiert hat.
10. Verfahren nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittkante (415, 435, 455, 475, 495) durch das Schneiden derselben Kontur entstanden ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Sekundärgas Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Argon, Wasserstoff, Methan oder Helium oder ein Gemisch daraus verwendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch aus Sauerstoff und/oder Stickstoff und/oder Luft und/oder Argon und/oder Helium oder aus Argon und/oder Stickstoff und/oder Wasserstoff und/oder Methan und/oder Helium besteht.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung und/oder der Volumenstrom und/oder der Massestrom und/oder der Druck des aus der Sekundärgaskappe (2.4) ausströmenden Sekundärgases SG durch Zuschalten und/oder
Erhöhen des Volumenstromes und/oder
Erhöhen des Massestromes und/oder
Erhöhen des Druckes eines oxidierenden Gases oder Gasgemisches und/oder eines reduzierenden Gas oder Gasgemisches realisiert wird/werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Sekundärgases so geändert wird, dass die Erhöhung des Anteils des oxidierenden Gases oder Gasgemisches und/oder des reduzierenden Gas oder Gasgemisches im Sekundärgas mindestens 10 Vol. % beträgt.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung des Volumenstroms, des Massestromes oder des Druckes des oxidierenden Gases oder Gasgemisches und/oder des reduzierenden Gas oder Gasgemisches im Sekundärgas mindestens 10 % beträgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das oxidierende Gas oder Gasgemisch Sauerstoff und/oder Luft enthält.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das oxidierende Gas Sauerstoff ist.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das reduzierende Gas oder Gasgemisch Wasserstoff und/ oder Methan enthält.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das reduzierende Gas Wasserstoff ist.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung und/oder der Volumenstrom und/oder der Massestrom und/oder der Druck des aus der Sekundärgaskappe (2.4) ausströmenden Sekundärgases SG durch
Abschalten und/oder
Verringern des Volumenstromes und/oder
Verringern des Massestromes und/oder
Verringern des Druckes von Stickstoff, Argon, Luft, Helium oder des Gemisches realisiert wird/werden.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Sekundärgases so geändert wird, dass die Verringerung des Anteils der Gase oder des Gasgemisches im Sekundärgas mindestens 10 Vol. % beträgt.
22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Verringerung des Volumenstroms, des Massestromes oder des Druckes der Gase oder des Gasgemisches im Sekundärgas mindestens 10 % beträgt.
23. Verfahren einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidabstand ds zwischen der Plasmabrennerspitze (2.8) und der Werkstückoberfläche (4.1) verringert wird.
24. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidbstand ds um mindestens 25% und/oder mindestens imm verringert wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidgeschwindigkeit v, mit der der Plasmaschneidbrenner (2) relativ zur Werkstückoberfläche (4.1) geführt wird, frühestens dann geändert wird, wenn der auf die Werkstückoberfläche (4.1) auftreffende Plasmastrahl (3) eine Position auf der auszuschneidenden Kontur erreicht hat, deren Abstand von der noch zu überfahrenden Schnittkante (415, 435, 455, 475, 495) im Bereich von maximal 50%, besser maximal 25% der Materialdicke (4.3) des Werkstücks (4) liegt, oder deren Abstand von der noch zu überfahrenden Schnittkante (415, 435, 455, 475, 495) in einem Bereich von maximal 15 mm, besser maximal 7 mm liegt, oder bei der der auf die Werkstückoberfläche (4.1) auftreffende Plasmastrahl (3) die Schnittkante (415, 435, 455, 475, 495) berührt.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidgeschwindigkeit v, mit der der Plasmaschneidbrenner (2) relativ zur Werkstückoberfläche (4.1) geführt wird, spätestens dann geändert wird, wenn der auf die Werkstückoberfläche (4.1) auftreffende Plasmastrahl (3) eine Position auf der auszuschneidenden Kontur erreicht hat, deren Abstand von der bereits überfahrenen Schnittkante (415, 435, 455, 475, 495) im Bereich von maximal 25% der Werkstückdicke (4.3) liegt, oder deren Abstand von der bereits überfahrenen Schnittkante (415, 435, 455, 475, 495) im Bereich von 7 mm liegt, oder bei der der auf die Werkstückoberfläche (4.1) auftreffende Plasmastrahl (3) die Schnittkante (415, 435, 455, 475, 495) passiert hat.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 und 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidgeschwindigkeit v erhöht wird.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidgeschwindigkeit v um mindestens 10 % erhöht wird.
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