Plasma Application Note - Benezan Electronics

Benezan Electronics
Hard- und Softwareentwicklung
BEAMICON Anwendungshinweis
Plasmaschneiden mit Höhenregler
1 Grundlagen
Bei Plasmaschneidmaschinen wird ein elektrischer Lichtbogen kombiniert mit einer Gasdüse verwendet, um das
Material zu schmelzen und abzutragen. Ähnlich einem Schweisstrafo regelt die Stromquelle den Strom des
Lichtbogens auf einen einstellbaren, konstanten Wert. Dazu wird die Spannung an der Elektrode variiert. Je
grösser der Abstand zum Werkstück desto höher muss die Spannung sein, damit der gewünschte Strom erreicht
wird.
Um ein gleichmässiges und qualitativ hochwertiges Schnittergebnis zu erzielen, sollte der Abstand der
Brennerdüse zum Werkstück während dem Schneidvorgang konstant gehalten werden, auch wenn das
Werkstück oder der Maschinentisch Durchbiegungen aufweist. Dies wird erreicht, indem der Höhenregler (THC
= torch height control) die Lichtbogenspannung überwacht. Steigt sie an, kann daraus geschlossen werden, dass
der Abstand zu gross wird, und die Z-Achse wird nach unten bewegt, bis der eingestellte Sollwert wieder
erreicht wird. Umgekehrt wird bei zu kleiner Spannung die Z-Achse nach oben gefahren.
1.1 Systemvoraussetzungen
Die Stromquelle muss ein Signal liefern, das proportional zur Elektrodenspannung („tip voltage“) ist. Eventuell
muss die Spannung mit einem Widerstandsteiler so heruntergeteilt werden, dass sie im Bereich 0..10V liegt.
Kleinere Werte sind auch in Ordnung. Bei einem Teilverhältnis von 1:50 entspricht z.B. 200V
Elektrodenspannung 4V am Eingang des Reglers.
Darüber hinaus sollte die Stromquelle über ein 24V-Signal („torch switch“) an- und ausgeschaltet werden
können und ein Bereit-Signal liefern („arc good“), das aktiv wird, nachdem der Lichtbogen ordnungsgemäss
gezündet hat. Manche Stromquellen benötigen noch zusätzliche Signale, etwa zum Auswählen verschiedener
Gasarten. Das BEAMITHC-Modul besitzt 8 gigitale 24V-Ein/Ausgäge, was für die meisten Anwendungen
ausreicht. Bei Bedarf kann die Anzahl der Ein-und Ausgänge mit zusätzlichen Module fast beliebig erweitert
werden.
Obwohl nicht unbedingt erforderlich, wird empfohlen, den Brenner auf einem zusätzlichen, beweglichen
Schliten auf der Z-Achse zu montieren. Dies ermöglicht über einen zusätzlichen Schalter, die Materialhöhe zu
Beginn des Schneidvorgangs automatisch auszumessen. Ausserdem schützt es den Brenner vor Beschädigung,
falls er durch übermässige Durchbiegung des Werkstücks oder Bedienungsfehler auf das Material aufläuft.
1.2 Einschränkungen
Der Höhenregler ist derzeit nur für 2D-Anwendungen ausgelegt, d.h. der Brenner steht senkrecht und wird in
XY-Richtung bewegt, während die Z-Achse automatisch geregelt wird. 5-achsige Anwendungen, wobei der
Brenner zusätzlich geschwenkt wird und einem 3-dimensionalen Werkstück folgt, sind nur mit einem externen
Regler möglich, weil dabei je nach Brennerstellung die Achse des Höhenreglers nicht mehr parallel zur Z-Achse
stehen würde. In diesem Fall wäre eine sechste Achse für die Abstandsregelung nötig.
Nicolas Benezan, Stauffenbergstraße 26, 72108 Rottenburg
Tel: 07457/946455 Fax: 07457/946456
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AppNote-Plasmaschneiden.doc
01. August 2006