DE1908296A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Zuenden des Lichtbogens eines Plasmaschneidbrenners - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Zuenden des Lichtbogens eines Plasmaschneidbrenners

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DE1908296A1
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cutting gas
cutting
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gas
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DE19691908296
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Alexander Nelin
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Linde GmbH
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Linde GmbH
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K7/00Cutting, scarfing, or desurfacing by applying flames
    • B23K7/10Auxiliary devices, e.g. for guiding or supporting the torch
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/26Plasma torches
    • H05H1/32Plasma torches using an arc

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zum Zünden des Lichtbogens eines Plasmaschneidbrenners Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zünden des Lichtbogens eines Plasmaschneidbrenners, bei dem die Schneidgasmenge mittels eines Mengeneinstellventils eingestellt und die Zufuhr des Schneidgases aus einem Druckbehälter zum Plasmaschneidbrenner unmittelbar von dem Zünden des Lichtbogens mittels eines Magnetventils in der Schneidgasleitung freigegeben wird.
  • Eine der wesontlichsten Schwierigkeiten beim Plasmaschneiden ist bekanntlich die Erzielung von wirtsch@ftlich vertretbaren Standzeiten der Elektroden und der Brennerdüzen. Verschiedene Beobachtungen sowie experimentelle Meßergebnisse deuten darauf hin, daß die geringen Standzeiten der genannten Brennerteile einerssits von der Form des Brennerinnenrauns und andererseits vom Elektrodenmterial abhängen. Aus diesem Grunde gelang es auch schon, durch verbesserte Ausbildung des Brennergehäuses und neue Elektrodenmaterialien gewisse Verbesserungen hinsichtlich der Standzeit der Schneidköpfe zu erziel@@ @r@tzdem wird jedoch immer wieder beobachtet, daß sowohl die Elektrode als auch die Düsentelle von Plasmaschneidbrennern @üufig sehr schnell zerstört werden und hierdurch die Wirtschaftlichkeit des Plasmaschneidverfahrens erheblich beeinträchtigt wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Standzeiten von Elektroden und Brennerdüsen bei Plasmaschneidbrennern zu erhöhen.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß währond des Zündens und kurze Zeit nach dem Zünde@ des Lichtbegens zusätzliches @@@@@id@@@ in die Schneidg@@leitung zum Plasmaschneidbrenner unabhängig von der Einstellung des Mangeneinstellventlle eingespeist wird.
  • Dem Gegenstand der Erfindung liegt die üb@@@@schende Erkenntnie zugrunde, daß der Verschlei@ der am @@@@@@@n b@@nspruchten Brennerteile überwiegend während des ZUndens des Lichtbogens auftritt, dagegen in weit geringerem Maße als bisher angenommen wurde eine Folge der Dauerbelastung während des eigentlichen Schneidens ist. Weiterhin geht die Entstehung der Erfindung auf eine Beobachtwng des Erfinders zurück, die wegen ihrer Ungewöhnlichkeit überrascht. Es wurde nSmlieh gefunden, daß der Verschleiß der wichtigsten Brennerteile bei Plasmaschneidbrennern um so schneller vor sich geht, Je länger die Schneidgaszuführungsleitungen zum Brenner sind.
  • Eine gründliche Analyse dieser Erscheinungen führte zu der Erkenntnis, daß durch den Lichtbogen eine erhebliche Beeinflussung der Gasströmung in der Schneidgasleitung auftritt, deren Ursache darin besteht, daß der Strmungswiderstand fUr das Schneidgas in der Brennerdüse durch den Lichtbogen beträchtlich erhöht wird. Beim Zungen des Lichtbogens hat diese Erscheinung zunächst eine Verminderung der durch die Brennerdüse pro Zeiteinheit strömenden Schneidgasmenge zur Folge, die erst nach einer gewissen Zeit durch einen Druckanstieg in der Schneidgasleitung vom Gasvorratsbehälter her überwunden wird.
  • Diese mit dem ZUnden des Lichtbogens verbundene Verringerung des Gasdurchsatzes durch die Brennerdüse rührt zwangsläufig zu einer Erhöhung der Temperaturbeanspruchung von Elektrode, Düseneinsatz und Brennerinnenraum, die umso länger dauert, Je länger die Schneidgasleitung ist, d.h. je größer das durch das Schneidgas aufzufüllende Volumen ist.
  • Durch die Erfindung wird eine für die Standzeit der Brenner wesentliche Ausschaltung dieser Übergangszeit dadurch erzielt, daß in die Schneidgasleitung während der kritischen Zeit des Zündvorganges zusätzliches Schneidgas eingespeist wird. Durch den hierdurch erzielten Überdruck in der Schneidgasleitung wird die Drosselwirkung des Lichtbogens ausgeglichen und eine ausreichende Ausströmmenge des Schneidgases aus der Brennerdüse aufrechterhalten. Nach Erreichen stationärer Stramungsverhältnisse wird die Zuführung zusätzlichen Schneidgases unterbrochen und der Gasdurchsatz wieder allein durch das in der Schneidgasleitung liegende Mengeneinstellventil bestimmt.
  • Ohne die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens während des Zündens des Lichtbogens wUrde das Mengeneinstellventil eine verhältnismäßig lange Zeit benötigen, um den durch den Lichtbogen erhöhten Ausströmwiderstand zu überwinden, was einen erhöhten Verschleiß der Brennerdüse zur Folge hätte.
  • Bei einer vorteilhaften AusfUhrung des erfindungsgemäßen Verfahrens kommt eine kurz vor dem Plasmaschneidbrenner in die Schneidgasleitung mündende Schneidgasnebenleitung zur Anwendung, die ein Nebenmagnetventil enthält, welche gleichzeitig mit dem bei solchen Anlegen üblichen in der Schneidgasleitung hinter dem Mengeneinstellventil liegenden Magentventil geöffnet und kurze Zeit nach Abschluß des Zündvorgangs wieder geschlossen wird. Mit Hilfe eines ebenfalls in der Schneidgasnebenleitung liegenden Niederdruckreglers kann die Menge des zusätzlichen Schneidgases eingestellt werden.
  • Das zusätzliche Schneidgas kann dabei entweder direkt oder über einen zwlschengeschalteten Speicherbehälter mit RUckschlagventil aus dem Druckbehälter der Plasmaschneidanlage entnommen werden. Schließlich kann bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens das zusätzliche Schneidgas auch aus einem vom Druckbehälter der Plasmaschneidanlage unabhängigen Nebendruckbehälter kommen.
  • Bei einer besonders einfachen und erprobten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist demnach der Niederdruckregler direkt mit dem Druckbehälter der Plasmaschneidanlage verbunden. Hierbei sind das in der Schneidgasleitung liegende Magnetventil sowie das Mengeneinstellventil für das Schneidges durch die Schneidgasnebenleitung überbrückt.
  • Bei einer anderen Ausführungsform liegen in der Schneidgasnebenleitung in Strdmungßrlchtung hlntereinander ein Rückschlagventil, ein Speicherbehälter und der Niederdruckregler mit Nebenmagnetventil. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhart, wenn das zusätzliche Schneidgas schnell in großer Menge zur Verfügung stehen soll.
  • In manchen Fällen ist es auch vorteilhaft, wenn die Schneidgasnebenleitung mit einem vom Druckbehälter der Plasmaschneidanlage unabhängigen Nebendruckbehälter verbunden ist.
  • Durch Anwendung des erfindungagemäflen Verfahrens konnte die Lebensdauer eines Plasmaschneidbrenners, der eine extrem lange Schneidgaszuleitung besaß1 erheblich erhöht werden.
  • Während die Standzeit der Elektrode und der Brennerdüse vorher nur wenige Stunden betrug, konnte der Plasmaschneidbrenner nach Einbau einer Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Zündverf ahrens einige Wochen ohne Störung betrieben werden.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben. Die beiden Figuren 1 und 2 zeigen zwei Vorrichtungen zur Durchführung des rfindungsgemäßen Verfahrens.
  • In Figur 1 wird das der Versorgung eines Plasmnschneidbrenners 8 (llenendo Schneidgas einem Druckbehälter 1 entnommen, hinter dem Druckbehälter 1 ist in üblicher Weise ein Differentialdruckminderer 2 angebracht, in dem das Schneidgas auf einen Arbeitsdruck von 5 bis 6 Atmosphären entspannt wird. Von dem Differentialdruckminderer 2 strömt das Schneidgas in die Schneidgasleitung 7. In der Schneidgasleitung 7 liegen in Strömungsrichtung hintereinander ein Gasmengenmesser 4, ein Mengeneinstellventil 5 und ein Hauptmagnetventil 6.
  • Der Plasmaschneidbrenner 8, in dessen Innenraum die Schneidgasleitung 7 mündet, besitzt eine Brennerdüse 9, aus der der Plasmastrahl 10 austritt. Des Werkstück 11 und die Elektrode 12 des Plasmaschneidbrenners 8 sind mit einer Stromquelle 13 verbunden.
  • Erfindungsgemäß ist für die Gasversorgung des Plasma schneidbrenners 8 außerdem eine Schneidgasnebenleitung 14 vorgesehen.
  • Diese überbrückt indem dargestellten Ausführungsbeispiel das Mengeneinstellventil 5 und das Hauptmagnetventil 6. In der Shneidgasnebenleitung 14 liegen in Strömungsrichtung hintereinander ein Niederdruckregler 15 und ein Nebenmagnetventil 17.
  • Beim Einschalten der Anlage werden zunächst das Magnetventil 6 und da. Nebenmagnetventil 17 gleichzeitig geöffnet, so daß dem Plasmaschneidbrenner 8 sofort sehr viel mehr Schneidgas zufließt als das Mengeneinstellventil 5, das auf die normale Schneidgasmenge eingestellt ist, liefern kann. Dies hat zur Folge, daß sich im Plasmaschneidbrenner 8 vor der Brennerdüse 9 ein Gasdruck einstellt, der dem Gasdruck entspricht, der sich während des Schneidens stationär einstellt oder diesen sogar übersteigt. Mit Hilfe des Niederdruckreglers 15 kann dieser Gasdruck vor dem Zünden des Lichtbogens in Anpassung an die Umstände genau reguliert werden.
  • Kurz darauf wird durch eine automatische Schaltverzdgerung der Lichtbogen gezündet. Das Auftreten des Lichtbogens hat eine erhebliche Erhdhung des Ausströmwiderstandes des Schneidgases in der Brennerdüse 9 zur Folge. Bei den üblichen Anlagen wird hierdurch die pro Zeiteinheit austretende Schneidgasmenge für eine beträchtliche Zeit so weit verringert, daß Schäden an der Düse 9 und an der Elektrode 12 infolge Ubsr hitzung auftreten. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens jedoch wird wegen der zusätzlichen Gasversorgung aus der Schneidgasnebenleitung 14 die pro Zeiteinheit aus der Brennerdüse 9 austretende Gasmenge auch während der kritischen Zeit des Zündens auf einem Wert gehalten der eine ausreichende Kühlung der Brennerdüse 9 und der Elektrode 12 gewährleistet. Nachdem in kurzer Zeit wieder stationöre Ver hältnisse erreicht sind, wird0 beispielsweise durch eine weiç tere automatische Schaltverzögerung, das Nebenmagnetventil 17 geschlossen und die erforderliche Schneidgasmenge ausschließlich über das Mengeneinstellventil 5 geliefert.
  • Bei der Ausführungsform der Figur 2 enthält die Schneidgasnebenleitung 14 außer dem Niederdruckregler 15 und dem Nebenmagnetventil 17 einen Speicherbehälter 16 und ein Rückschlagventil 18. Die übrigen Teile dieser Anlage sind identisch mit denjenigen der in, Figur 1 dargestellten Anlage. Durch die Verwendung eines zusätzlichen Speicherbehältern 16, der vom Druckbehälter 1 der Plasmaschneidanlige gefüllt wird, kann der vor dem Zünden des Lichtbogens gewünschte Gasdruck im Plasmaschneidbrenner 8 besonders schnell erreicht werden.
  • 9 Pz ntansprüoho

Claims (9)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e Verfahren zum Zünden des Lichtbogens eines Plasmaschneidbrenners, bei dem die Schneidgasmenge mittels eines Mengenelnstellventils eingestellt und die Zufuhr des Schneidgases aus einem Druckbehälter zum Plasmaschneidbrenner unmittelbar vor dem Zünden des Lichtbogens mittels eines Magnetventils in der Schneidgasleitung freigegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Zündens und kurze Zeit nach dem Zünden des Lichtbogens zu@@tzliches Schneidgas in die Schneidgaaleitung (7) zum Plasmaschneidbrenner (8) unabhängig von der Einstellung des Mengeneinstellventils (5) eingespeist wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des zusätzlichen Schneidgases mittels eines Xebenmagnetventils (17) in einer Schneidgasnebenleitung (14>, die zwischen dem Magnetventil (6) und dem Plasmaschneidbrenner (8) in die Schneidgesleitung (7) einmündet, gleich.
    zeitig mit der Öffnung des Magnetventils (6) freigegeben und das Nebenmagnetventil (17) kurze Zeit nach Abschluß des Zündvorganga wieder geschlossen wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des zusätzlichen Schneidgases eingestellt werden kann.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Schneidgas ebenfalls aus dem Druckbehälter (1) entnommen wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Schneidgas aus einem Speicherbehälter (16) entnommen wird, der vom Druckbehälter (1) über ein Rückschlagventil (15) gefüllt wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Schneidgas aus einem vom Druckbehälter unabhängigen Nebendruckbehälter entnommen wird.
  7. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Shneidgasleitung (7) liegende Mengeneinstellventil (5) und das in Strömungsrichtung hinter diesem ebenfalls in der Schneidgasleitung (7) liegende Magnetventil (6) durch eine Schneidgasnebenleitung (14) überbrückt sind, in welchor in Strömungerichtung hintereinander ein Niederdruckregler (15) und ein Nebenmagnetventil (17) liegen.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schneidgasnebenleitung in Strdmungsrichtung vor dem Niederdruckregler (15) zusätzlich ein Rückschlagventil (18) und ein Speicherbehälter (16) liegen.
  9. 9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Schneidgasleitung zwischen dem Magnetventil und dem Plasmabrenner eine Schneidgasnebenleitung mündet, die über ein Nebenmagnetventil und einem Niederdruckregler mit einem vsom Druckbehälter unabhängigen Nebendruckbehälter verbunden ist.
    L e e r s e i t e
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2344369A1 (fr) * 1976-03-20 1977-10-14 Esab Kebe Gmbh Dispositif de commande de pression de gaz, notamment dans une machine d'oxycoupage
EP0188763A2 (de) * 1984-12-24 1986-07-30 Messer Griesheim Gmbh Verfahren zur Steuerung bzw. Regelung von Gasmengen
DE19536150A1 (de) * 1995-09-28 1997-04-03 Esab Hancock Gmbh Einrichtung und Verfahren zur Gassteuerung eines Plasmabrenners einer Plasmaschneidanlage

Cited By (4)

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