CH643417A5

CH643417A5 - Plasmagenerator hoher leistung.

Info

Publication number: CH643417A5
Application number: CH1133679A
Authority: CH
Inventors: Bernd-Dieter Dipl Phys Wenzel; Harry Dr Ing Foerster; Jochen Boehme
Original assignee: Mai Edelstahl
Priority date: 1978-12-21
Filing date: 1979-12-20
Publication date: 1984-05-30
Also published as: AT374276B; FR2445089A1; ATA756779A; DE2951121A1; FR2445089B1; SE7910466L; GB2047509A; YU302579A; JPS5595300A; DD151248A1; DE2951121C2; GB2047509B; SE432335B

Description

643 417

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Plasmagenerator hoher Leistung mit Schutzeinrichtung, enthaltend eine Stiftkatode (3) und eine diese für die Gasführung umgebende Düse (4), dadurch gekennzeichnet, dass im Düsenspalt (6) zwischen der Katode (3) und der Düse (4) strömungsmässig vor der Austrittsöffnung der Düse (4) Foto-detektoren (5) so angeordnet sind, dass sie die aneinander angrenzenden Bereiche der Austrittsöffnung überblicken und ihre Signale auf einen Regelkreis wirken.

2. Plasmagenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fotodetektoren (5) im Zuführungsbereich, und dass zwischen dem Düsenspalt (6) und den Fotodetektoren (5) Lichtleitkabel angeordnet sind.

Die Erfindung betrifft einen Plasmagenerator hoher Leistung mit Schutzeinrichtung, enthaltend eine Stiftkatode und eine diese für die Gasführung umgebende Düse.

Während in Plasmageneratoren zum Schneiden die Katode hinter der Düse angeordnet ist und die Düse zum Einschnüren der Entladung im Düsenkanal ausgebildet ist, sitzt in Plasmageneratoren hoher Leistung mit leistungsfreier wassergekühlter Düse, wie sie vorwiegend in Schmelzöfen zum Einsatz kommen, die Katode in der Düse, und der Bogen bildet sich vor der Düse aus. Des weiteren sind bei Plasmageneratoren hoher Leistungen die auf die Bogenleistung bzw. die auf den Düsenkanalquerschnitt bezogenen spezifischen Gasdurchsätze im Interesse der Gasökonomie und der Ofenkonstruktion um etwa einen Faktor 10 kleiner als bei Plasmageneratoren kleiner Leistung, beispielsweise zum Schneiden. Demzufolge ist die bogenstabilisierende und bogenisolie-rende Wirkung (Kaltgasmantel) der Gasströmung ausserordentlich gering. Weiterhin werden Plasmageneratoren hoher Leistung in Öfen mit heisser, d.h. ionisierter Ofenatmosphäre betrieben. Die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Nebenbögen, die über die Düse zum Behandlungsgut brennen, ist sehr gross. Wenn diese Nebenbögen sehr stromstark im Bereich von kA sind, werden die Düsen in der kurzen Zeit von weniger als 0,1 s angeschmolzen bis zum Austritt von Wasser aus der Düse, so dass die Plasmageneratoren funktionsunfähig werden. Die bekannten elektrischen Überwachungseinrichtungen für die Düse an Plasmageneratoren hoher Leistung versagen, da entweder aufgrund des gering ausgebildeten Kaltgasmantels keine Nebenbogen durch Änderung der elektrischen Parameter erkannt werden kann oder da Nebenbögen kleiner Leistung, die für die Düse ungefährlich sind, nicht von Nebenbögen hoher Leistung unterschieden werden.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Plasmagenerators hoher Leistung mit einer Einrichtung zum Schutz des Plasmagenerators vor Düsenzerstörung durch Nebenbögen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, stromstarke Nebenbögen, die in kurzer Zeit zur Zerstörung der Düse des Plasmagenerators hoher Leistung führen, zu erkennen und durch geeignete Massnahmen in ihrer Wirkung zu begrenzen.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass im Düsenspalt zwischen der Katode und der Düse strömungsmässig vor der Austrittsöffnung der Düse Fotodetektoren so angeordnet sind, dass sie die aneinander angrenzenden Bereiche der Austrittsöffnung überblicken und ihre Signale auf einen Regelkreis wirken.

Es ist vorteilhaft, wenn die Fotodetektoren im Zuführungsbereich, und zwischen dem Düsenspalt und den Fotodetektoren Lichtleitkabel angeordnet sind, welche die zusätzliche Lichtstrahlung des Nebenbogens zum Detektor übertragen.

Der Erfindungsgegenstand wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. In der zugehörigen Zeichnung ist ein Plasmagenerator im Schnitt dargestellt.

Der Plasmagenerator hoher Leistung ist in einem Ofen 1 angeordnet. Zwischen der wassergekühlten Halterung 2 der Katode 3 und der wassergekühlten Düse 4 sind Fotodetektoren 5 angeordnet, deren optische Achsen auf den äusseren Düsenspalt 6 gerichtet sind. Beim Auftreten eines Nebenbogens im äusseren Düsenspalt wird durch einen der Fotodetektoren 5 ein erhöhtes Signal abgegeben. Dieses elektrische Signal wird durch an sich bekannte Schaltelemente einem Regelkreis zugeführt, der auf die Leistungsquelle entsprechend einwirkt.

Die Fotodetektoren 5 befinden sich so weit hinter der Katode 3, dass ein kleiner Öffnungswinkel zum Überwachen eines Teilbereichs des äusseren Düsenspaltes 6 durch jeden Fotodetektor 5 gewährleistet ist und im Anordnungsbereich des Detektors eine geringe Umgebungstemperatur herrscht. Obwohl die Fotodetektoren 5 auf den Hauptbogen «sehen», tritt beim Auftreten von Nebenbögen zwischen Katode 3 und Düse 4 eine zusätzliche durch die Fotodetektoren 5 registrie-bare Lichtstrahlung auf. Diese zusätzliche Lichtstrahlung ist abhängig von der Stromstärke des Nebenbogens und wird ab einer Nebenbogenleistung von 10% der Hauptbogenleistung für weitere Schalthandlungen ausgewertet. Beim Registrieren eines stromstarken Nebenbogens durch einen der Fotodetektoren 5 wird in bekannter Weise in den Regelkreis eingegriffen, der die Nebenbögen durch Verminderung der Leistung des Hauptbogens sofort ausschaltet.

Mit 7 ist das Schmelzgut und mit 8 der Lichtbogen dargestellt.

2

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G

1 Blatt Zeichnungen