DE102013103508A1

DE102013103508A1 - Plasmabrenner

Info

Publication number: DE102013103508A1
Application number: DE102013103508.6A
Authority: DE
Inventors: Iurii SHCHITCYN; Vladislav SHCHITSYN; Kirill Zhalnin
Original assignee: PLASMEQ GmbH
Current assignee: PLASMEQ GmbH
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2014-10-09

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Plasmabrenner mit Hohlzylinder, Gehäuse, Plasmadüse und Schutzdüse, der in bekannter Weise Kanäle für die Zufuhr und Abfuhr von Kältemittel aufweist, die ein Kühlsystem für Hohlelektrode, Gehäuse und einen Mantel mit Schutzdüse bilden. Damit der Nutzeffekt der Kühlung gesteigert und dadurch die Zuverlässigkeit verbessert ist, ist nach der Erfindung vorgesehen, dass der Plasmabrenner mit einer Isolierbuchse versehen ist, die auf der Außenseite des Gehäuses aufgebracht ist und dass auf der Außenseite der Isolierbuchse ein Mantel mit einer daran befestigten Schutzdüse und einem darin ausgebildeten Ringkanal angebaut ist, wobei der Ringkanal mit den Kanälen für die Kältemittelzufuhr und den Kältemittelablauf verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Plasmabrenner mit einer zylinderförmigen Hohlelektrode, einem Gehäuse mit einer daran befestigten Plasmadüse und den darin ausgebildeten Kanälen für eine Plasmagaszufuhr nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung ist in der Plasmabearbeitung von Metallen und zwar bei einer Einrichtung für Plasmaaufschweißung, -schweißung, -schneiden von Eisen- und NE-Metallen einsetzbar.
Die verfahrenstechnischen Möglichkeiten von Plasmabrennern sind durch eine hohe Leistung, Zuverlässigkeit, einfache bauliche Ausführung, Bedienungsfreundlichkeit und einfache Umrüstbarkeit beim Betriebsartwechsel, minimale Abmessungen und minimales Gewicht sowie Reparaturfreundlichkeit festgelegt.
Aus dem Stand der Technik sind Plasmabrenner bekannt, die ein Hohlgehäuse mit Plasma- und Schutzdüsen, ein System für Plasma- und Schutzgaszufuhr, eine Elektroden- und eine Elektroisoliereinheit und unabhängige Kühlsysteme für die Elektrodeneinheit und die Plasmadüse aufweisen [Patent US 4058698 , US 4133987 ].
Die bekannten Plasmabrenner weisen neben einer hohen Leistung eine Reihe von Mängeln auf und zwar: Sie bestehen aus wenigstens 25–30 Bauteilen mit einer komplexen Geometrie und setzen bei ihrer Fertigung verschiedene verfahrenstechnische Vorgänge wie Löten oder Schweißen voraus. Ihre Abmessungen erreichen 200 mm in der Länge und 60–100 mm im Querschnitt/Durchmesser. Ihr Mindestgewicht beträgt 0,8–2,0 kg. Die Lebensdauer beträgt max. 50–100 Betriebsstunden, da die wärmebeanspruchten Teile, wie Elektroden und Plasmadüsen, schnell ausfallen. Das liegt daran, dass der Nutzeffekt des Kühlsystems sehr gering ist. Darüber hinaus können diese Plasmabrenner nach der ausgelaufenen Standzeit oder nach dem Notausfall wegen der vorhandenen Löt- oder Schweißstellen praktisch nicht mehr repariert werden.
Aus dem Stand der Technik ist auch ein Plasmabrenner mit einer zylinderförmigen Hohlelektrode und einem Gehäuse mit darauf festgemachten Plasma- und Schutzdüsen bekannt. Im Gehäuse sind Kanäle für die Plasma- und Schutzgaszufuhr sowie für einen Kühlmittelablauf ausgebildet. Dieser Plasmabrenner ist mit zwei Isolierbuchsen versehen. Die Isolierbuchsen sind zwischen dem Gehäuse und der Elektrode an gegenüberliegenden Enden des Gehäuses eingebaut. Der Plasmabrenner hat auch ein Kühlsystem mit einem Zentralkanal und einem damit koaxialen Kanal. Die Kanäle sind untereinander verbunden und befinden sich in der Elektrode. Ein Ringkanal ist durch die Außenoberfläche der Elektrode und die Innenfläche des Gehäuses ausgebildet. Der Ringkanal ist mit dem Elektrodenraum mittels radialer Umführungskanäle verbunden. Die Umführungskanäle sind in der Elektrode nahe zum Arbeitsende ausgebildet [Patent RU 2060130 ].
Dieser bekannte Plasmabrenner hat eine einfachere Ausführung und weist weniger und einfachere Bauteile gegenüber den oben beschriebenen Einrichtungen auf. Darüber hinaus hat dieser Plasmabrenner kleinere Abmessungen und ein kleineres Gewicht, ist mehr fertigungsgerecht und betriebsfreundlich. Er ist viel reparaturfreundlicher und weist keine Schweiß- und Lötverbindungen auf. Jedoch liegen auch hier Reserven für eine Leistungssteigerung und eine Erhöhung der Zuverlässigkeit des Plasmabrenners dank der Verbesserung des Kühlungswirkungsgrads vor. Darüber hinaus hat der bekannte Plasmabrenner eine elektrische Verbindung zwischen der Plasma- und der Schutzdüse. Das erhöht die Möglichkeit einer doppelten Lichtbogenbildung und einer Betriebsstörung des Plasmabrenners.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Zuverlässigkeit des Plasmabrenners durch eine Erhöhung des Nutzeffekts der Kühlung zu steigern und eine doppelte Lichtbogenbildung zu vermeiden.
Die gestellte Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Aufgabe wird durch die Verbesserung des bekannten Plasmabrenners gelöst. Der bekannte Plasmabrenner weist ein Gehäuse, einen Mantel, eine Plasma- und eine Schutzdüse, im Gehäuse ausgebildete Kanäle für die Plasma- und Schutzgaszufuhr und einen Kühlmittelablauf sowie eine vordere und eine hintere Isolierbuchse, die im Gehäuseraum eingebaut sind, auf. In den Buchsen ist eine Hohlelektrode eingebaut. Darin befindet sich eine Rohrleitung für die Kühlmittelzufuhr. Am Gehäuse ist eine Isolierbuchse angebaut. Der Mantel ist auf der Isolierbuchse angeordnet. Im Mantel ist ein Ringkanal ausgebildet, um den Kühlmittelumlauf sicherzustellen. Er weist auch Kanäle für die Kühlmittelzufuhr und den Kühlmittelablauf auf. Die Plasmadüse ist auf dem Gehäuse angebracht. Die Schutzdüse ist im Mantel befestigt. Der Plasmabrenner hat ein einheitliches Kühlsystem zur Kühlung des Gehäuses, der Elektrode und der Plasmadüse. Das Kühlsystem weist eine in der Elektrode eingebaute Rohrleitung und Ringkanäle auf. Die Ringkanäle sind zwischen dem Gehäuse und der radialen Elektrode sowie zwischen den Isolierbuchsen, der Elektrode und der Rohrleitung angeordnet. Das Kühlsystem weist auch radiale Überführungskanäle in der Elektrode auf, die die Ringkanäle in der Elektrode und im Gehäuse verbinden. Der Mantel ist mit einem unabhängigen Kühlsystem versehen. Es weist einen Ringkanal auf, um den Kühlmittelumlauf sicherzustellen, sowie Kanäle für die Kühlmittelzufuhr und den Kühlmittelablauf.
Der erfindungsgemäße Plasmabrenner zeichnet sich gegenüber dem Plasmabrenner nach dem Prototyp durch folgende Merkmale aus:
Auf dem Gehäuse ist eine Isolierbuchse montiert. Darauf ist ein Mantel angeordnet. Auf dem Mantel ist eine Schutzdüse befestigt. Im Mantel ist ein Ringkanal ausgebildet, um den Kühlmittelumlauf sicherzustellen. Außerdem sind im Mantel Kanäle für Kühlmittelzufuhr und -ablauf ausgebildet. Die Anordnung der Schutzdüse auf dem Mantel, welcher an der Isolierbuchse montiert ist, sorgt für eine Trennung des Mantels von der Plasmadüse. Dadurch ist die Möglichkeit einer doppelten Lichtbogenbildung vermieden. Das vorhandene unabhängige Kühlsystem des Mantels erhöht die Zuverlässigkeit des Plasmabrenners, da die Standzeit der Schutzdüse verlängert ist.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:
1 die Gesamtansicht des Plasmabrenners und zwar im Längsschnitt über das Kühlsystem des Plasmabrenners und die Kanäle für Kühlmittelzufuhr und -ablauf und
2 den Plasmabrenner mit Längsschnitt über das Plasma- und Schutzgaszufuhr- und Kühlsystem (um die Zeichnung zu verdeutlichen, sind einzelne Bauteile vergrößert dargestellt).
Der Plasmabrenner weist ein Gehäuse 1, einen Mantel 2, eine Plasmadüse 3 und eine Schutzdüse 4 auf. Die im Gehäuse 1 ausgebildeten Kanäle 5 und 6 für die Plasma- und die Schutzgaszufuhr, eine vordere Isolierbuchse 7 und eine hintere Isolierbuchse 8 sind im Innenraum des Gehäuses 1 eingebaut. Ein Kopfteil „a” einer Hohlelektrode 9 ist in der Isolierbuchse 7 eingebaut. Ein hinterer Teil „b” (Schaft) der Hohlelektrode 9 ist in der Isolierbuchse 8 eingesetzt. Auf dem Gehäuse 1 ist eine Isolierbuchse 10 montiert. Auf der Isolierbuchse 10 ist der Mantel 2 angeordnet. Die Plasmadüse 3 ist auf dem Gehäuse 1 angebracht. Die Schutzdüse 4 ist auf dem Mantel 2 befestigt. Der Plasmabrenner weist ein einheitliches Kühlsystem für das Gehäuse 1, die Hohlelektrode 9 und die Plasmadüse 3 auf. Es umfasst eine koaxial mit dem Plasmabrenner angeordnete Rohrleitung 11, um Kühlmittel dem Innenraum „c” der Hohlelektrode 9 zuzuführen, und einen im Mantel 2 ausgebildeten Kanal 12 für den Kühlmittelablauf. Die Hohlelektrode 9 bildet mit dem Gehäuse 1 und mit der Rohrleitung 11 jeweils Ringkanäle 13 und 14 aus. Die Ringkanäle 13 und 14 sind mittels radialer Kanäle 15 verbunden. Die radialen Kanäle 15 sind in der Hohlelektrode 9 ausgebildet und liegen in der Ebene des Hinterteils der vorderen Isolierbuchse 7, Die Wasserzufuhr erfolgt über einen Kanal 16. Die Befestigung der Hohlelektrode 9 und die Abdichtung des Ringkanals 13 erfolgen mit Hilfe einer Mutter 17. Der Mantel 2 ist mit einem unabhängigen Kühlsystem versehen. Es weist einen Ringkanal 18, um den Kühlmittelumlauf sicherzustellen, und Kanäle 19, 20 für eine Zufuhr und eine Abfuhr des Kühlmittels auf. Die Schutzdüse 4 ist im Mantel 2 eingebaut.
Während des Betriebs des Plasmabrenners wird die Kühlflüssigkeit über den Kanal 16 der Rohrleitung 11 in den Arbeitsbereich der Hohlelektrode 9 (Innenraum „c”) gefördert, füllt den Ringkanal 14 und kühlt dabei die Hohlelektrode 9 innen ab. Die Kühlflüssigkeit fließt aus dem Kanal 14 über die Kanäle 15 in den Ringkanal 13 hinein. Dabei werden die Hohlelektrode 9 außen und das Gehäuse 1 innen abgekühlt. Über den Kanal 12 wird Kühlmittel in den Ablauf abgeleitet. Die Plasmadüse 3 wird durch einen zuverlässigen Wärmekontakt im Gehäuse 1 sowie mittels Plasma- und Schutzgase abgekühlt. Das Kühlmittel fließt in den Ringkanal 18 des Mantels 2 über den Kanal 19 hinein und wird zum Ablauf über den Kanal 20 abgeleitet. Dadurch werden der Mantel 2 und die darin eingebaute Schutzdüse 4 abgekühlt. Das Plasmagas tritt in den Innenraum der Plasmadüse 3 über den Kanal 5 ein. Das Schutzgas fließt über den Kanal 6 unter die Düse 4.
Das im Durchmesser 35 × 70 mm große Versuchsmodell des Plasmabrenners mit einem Gewicht von 0,3 kg wurde geprüft. Bei einem Kühlmitteldurchfluss (Wasser) von 2,5 l/min. hält das Versuchsmodell einer Strombelastung bis zu 450 A bei einer Pluspolschweißung stand. Beim Wasserverbrauch von 5–6 l/min. hält die Elektrode einer Strombelastung bis zu 600 A stand. Es wurden keine Doppelbögen beim Schweißen und sogar beim Kontakt der Schutzdüse mit dem Werkstück beobachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 4058698 [0004]
US 4133987 [0004]
RU 2060130 [0006]

Claims

Plasmabrenner mit einer zylinderförmigen Hohlelektrode (9), einem Gehäuse (1) mit einer daran befestigten Plasmadüse (3) und darin ausgebildeten Kanälen (5, 6) für Plasmagaszufuhr und Schutzgaszufuhr, wobei das Gehäuse (1) mit zwei Isolierbuchsen (7, 8) versehen ist, die zwischen dem Gehäuse (1) und der Hohlelektrode (9) an gegenüberliegenden Enden des Gehäuses (1) eingebaut sind, wobei ein Kühlsystem mit einem Zentralkanal und einem damit koaxialen Kanal vorgesehen ist, die miteinander verbunden und in der Hohlelektrode (9) angeordnet sind, wobei ein Ringkanal (13) durch die Außenfläche der Hohlelektrode (9) und der Innenfläche des Gehäuses (1) ausgebildet und zwischen den Isolierbuchsen (7, 8) angeordnet ist und wobei der Ringkanal (13) mit dem Innenraum der Hohlelektrode (9) mittels radialer Überführungskanäle in der Hohlelektrode (9) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einer Isolierbuchse (10) versehen ist, die auf der Außenseite des Gehäuses (1) aufgebracht ist und dass auf der Außenseite der Isolierbuchse (10) ein Mantel (2) mit einer daran befestigten Schutzdüse (4) und einem darin ausgebildeten Ringkanal angebaut ist, wobei der Ringkanal dazu dient, den Kühlmittelumlauf sicherzustellen, und wobei der Ringkanal mit den Kanälen (19, 20) für die Kühlmittelzufuhr und den Kühlmittelablauf verbunden ist.
Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ein einheitliches Kühlsystem für das Gehäuse (1), die Hohlelektrode (9) und die Plasmadüse (3) aufweist, das eine koaxial im Plasmabrenner angeordnete Rohrleitung (11) umfasst, die das Kühlmittel dem Innenraum („c”) der Hohlelektrode (9) zuführt und dass der Mantel (2) mit einem Kanal (12) für den Kühlmittelablauf versehen ist.
Plasmabrenner nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlelektrode (9) mit dem Gehäuse (1) und der Rohrleitung (11) jeweils Ringkanäle (13, 14) ausbildet, die mittels radialer Kanäle (15) miteinander verbunden sind.
Plasmabrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Kanäle (15) in der Hohlelektrode (9) ausgebildet sind und in der Ebene der Hinterteile der vorderen Isolierbuchse (7) liegen und dass die Wasserzufuhr über einen Kanal (16) erfolgt, der im Inneren der Rohrleitung (11) ausgebildet ist.
Plasmabrenner nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er ein unabhängiges Kühlsystem für den Mantel (2) aufweist, das einen Kanal (19) für die Kältemittelzufuhr und einen Kanal (20) für den Kältemittelablauf aufweist, wobei die Kanäle (19, 20) als Ringkanäle im Mantel (2) ausgebildet sind und die Kältemittelzufuhr und der Kältemittelablauf diametral am Ringkanal angeordnet sind.