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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.
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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.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Standzeiten von Elektroden
und Brennerdüsen bei Plasmaschneidbrennern zu erhöhen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In manchen Fällen ist es auch vorteilhaft, wenn die Schneidgasnebenleitung
mit einem vom Druckbehälter der Plasmaschneidanlage unabhängigen Nebendruckbehälter
verbunden ist.
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Durch Anwendung des erfindungagemäflen Verfahrens konnte die Lebensdauer
eines Plasmaschneidbrenners, der eine extrem lange Schneidgaszuleitung besaß1 erheblich
erhöht werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Erfindungsgemäß ist für die Gasversorgung des Plasma schneidbrenners
8 außerdem eine Schneidgasnebenleitung 14 vorgesehen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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