DE102015101532A1

DE102015101532A1 - Düse für Plasmalichtbogenbrenner

Info

Publication number: DE102015101532A1
Application number: DE102015101532.3A
Authority: DE
Inventors: Frank Laurisch; Volker Krink; Timo Grundke
Original assignee: Kjellberg Stiftung
Current assignee: Kjellberg Stiftung
Priority date: 2015-02-03
Filing date: 2015-02-03
Publication date: 2016-08-04
Also published as: JP2018508949A; CA3194415A1; US20180020533A1; SI3054749T1; WO2016124463A1; RU2017130947A3; EP3054749A1; HUE055588T2; EP3054749B1; PT3054749T; US10582606B2; CA2975533A1; CN107750475B; JP6727731B2; RU2707499C2; BR112017016526A2; PL3054749T3; KR102528323B1; HRP20211108T8; ES2874902T3

Abstract

Düsen für einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrennerkopf, sowie Anordnung aus einem Düsenhalter und einer derartigen Düse und Plasmalichtbogenbrennerkopf sowie Plasmalichtbogenbrenner mit derselben/denselben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Düsen für einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrennerkopf, eine Anordnung aus einem Düsenhalter und einer Düse für einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrennerkopf, einen Plasmalichtbogenbrennerkopf sowie einen Plasmalichtbogenbrenner mit derselben.
Aus der DE 10 2009 006 132 B4 ist eine Düse für einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrenner bekannt, die einen Körper mit einer axialen Gesamtlänge, einer Innenfläche und einer Außenfläche, einem vorderen und einem hinteren Ende und einer Düsenöffnung am vorderen Ende aufweist. Die bekannte Düse weist von hinten (vom hinteren Ende) zunächst einen Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme derselben in einem Düsenhalter und dann eine Nut, in der ein Rundring angeordnet werden kann bzw. angeordnet ist, auf. In gewissen Fällen kann dies den Nachteil haben, dass, wenn die Düse in einen Plasmabrennerkopf eingebaut ist, der Raum für die Kühlflüssigkeit, insbesondere Kühlwasser, zum Düsenhalter hin und damit der Kontaktbereich zwischen der Kühlflüssigkeit und der Düse nach hinten begrenzt wird.
Es sind auch Düsen bekannt, bei denen sich eine Nut mit einem darin anordbaren bzw. angeordneten Rundring direkt am hinteren Ende derselben befindet. Dies hat wiederum den Nachteil, dass der Rundring beim Einbringen in einen Düsenhalter zum Stecken der Düse in den Düsenhalter beschädigt werden kann, zum Beispiel wenn im Düsenhalter beispielsweise Elemente wie Vorsprünge, wie dies in der DE 10 2007 005 316 B4 beschrieben ist, zur definierten Führung der Düse vorhanden sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, die bekannte Düse derart auszugestalten, dass eine Beschädigung des Rundrings beim Einsetzen einer Düse in einen Düsenhalter vermieden, zumindest aber reduziert wird und gleichzeitig eine größere Fläche, die mit Kühlflüssigkeit in Berührung kommen kann, bereitgestellt wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch eine Düse für einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrennerkopf, umfassend einen Körper mit einer axialen Gesamtlänge L, einer Innenfläche und einer Außenfläche, einem vorderen und einem hinteren Ende und einer Düsenöffnung am vorderen Ende, wobei die Außenfläche des Körpers, ausgehend von dem hinteren Ende, einen im Wesentlichen zylindrischen ersten Abschnitt mit einer axialen Länge L1, in dem sich am hinteren Ende des Körpers eine sich vorzugsweise in Umfangsrichtung erstreckende Nut für einen oder mit einem darin angeordneten Rundring, die zum hinteren Ende des Körpers durch einen Vorsprung begrenzt ist, der einen Außendurchmesser D11 des Körpers definiert, und am vorderen Ende eine Zentrierfläche für einen Düsenhalter befindet, die einen Außendurchmesser D12 des Körpers definiert, und einen sich daran zum vorderen Ende hin anschließenden zweiten Abschnitt mit einer axialen Länge L2 aufweist, der eine axiale Anschlagfläche für einen Düsenhalter an der Grenze zum ersten Abschnitt, die einen Außendurchmesser D21 des Körpers definiert, aufweist und sich zumindest in einem Teilabschnitt zum vorderen Ende des Körpers im Wesentlichen kegelförmig verjüngt, wobei gilt D12 – D11 ≥ 1,5mm und/oder (D12 – D11)/D12 ≥ 0,07.
Mit einem sich kegelig oder konisch verjüngenden Abschnitt soll insbesondere ein Abschnitt gemeint sein, bei dem, wenn man den hintersten Punkt (Kante) des Abschnitts mit dem vordersten Punkt (Kante) des Abschnitts verbindet, die Linie parallel zur Längsachse der Düse oder mit einer minimalen Abweichung von mehr als ±15º verläuft.
Weiterhin soll mit einem Außendurchmesser insbesondere folgendes gemeint sein:

– Der Außendurchmesser, den ein virtueller Kreis mit dem Radius der in einer senkrecht zur Längsachse der Düse gebildeten Ebene zwischen dem Schnittpunkt der Ebene und der Längsachse und dem größten Abstand zur Außenfläche der Düse bilden würde.
– Es besteht die Möglichkeit, dass in der Ebene eine vollständiger Kreis durch die Außenbegrenzung der Düse gebildet wird, aber auch die Möglichkeit, dass nur ein Teilbereich oder nur einzelne Abschnitte vorhanden sind und der Kreis und auch der Durchmesser nur virtuell bestehen.
– Es können in der Oberfläche der Düse Nuten oder andere Vertiefungen oder Unterbrechungen vorgesehen sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird diese Aufgabe gelöst durch eine Düse für einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrenner, umfassend einen Körper mit einer axialen Gesamtlänge L, einer Innenfläche und einer Außenfläche, einem vorderen und einem hinteren Ende und einer Düsenöffnung am vorderen Ende, wobei die Außenfläche des Körpers, ausgehend von dem hinteren Ende, einen im Wesentlichen zylindrischen ersten Abschnitt mit einer axialen Länge L1, in dem sich am hinteren Ende des Körpers eine sich vorzugsweise in Umfangsrichtung erstreckende Nut für einen oder mit einem darin angeordneten Rundring, die zum hinteren Ende des Körpers durch einen Vorsprung begrenzt ist, der einen Außendurchmesser D11 des Körpers definiert, und am vorderen Ende eine Zentrierfläche für einen Düsenhalter befindet, die einen Außendurchmesser D12 des Körpers definiert, und einen sich daran zum vorderen Ende hin anschließenden zweiten Abschnitt mit einer axialen Länge L2 aufweist, der eine axiale Anschlagfläche für einen Düsenhalter an der Grenze zum ersten Abschnitt, die einen Außendurchmesser D21 des Körpers definiert, aufweist und sich zumindest in einem Teilabschnitt zum vorderen Ende des Körpers im Wesentlichen kegelförmig verjüngt, insbesondere nach Anspruch 1, wobei für die Länge L12 des Abstands zwischen der axialen Anschlagfläche des zweiten Abschnitts und der nächstliegenden Kantenlinie der Nut und der Länge L13 des Abstands zwischen besagter Kantenlinie und dem hinteren Ende des Körpers gilt L12/L13 ≥ 3, bevorzugt ≥ 3,3 und/oder wobei für die Länge L12 des Abstands zwischen der axialen Anschlagfläche des zweiten Abschnitts und der nächstliegenden Kantenlinie der Nut und der Länge L des ersten Abschnitts gilt L12/L1 ≥ 0,75 und besonders bevorzugt L12/L1 ≥ 0,77, und/oder wobei gilt D12/L1 ≤ 2,3.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird diese Aufgabe gelöst durch eine Anordnung aus einem Düsenhalter und einer Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
Schließlich wird diese Aufgabe auch gelöst durch einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrennerkopf, umfassend eine Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 16 oder eine Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 19.
Bei den Düsen kann vorgesehen sein, dass der Außendurchmesser D12 der größte Außendurchmesser des ersten Abschnitts ist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Außendurchmesser D21 der größte Außendurchmesser des zweiten Abschnitts ist.
Vorteilhafterweise ist der größte Außendurchmesser des ersten Abschnitts kleiner als der größte Außendurchmesser des zweiten Abschnitts.
Günstigerweise befindet sich in der Außenfläche des ersten Abschnitts eine weitere Nut.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die weitere Nut eine Querschnittsfläche von mindestens 3mm² aufweist. Mit dem Begriff „Querschnittsfläche“ soll die Fläche senkrecht zur Längserstreckung der Nut gemeint sein.
Außerdem erstreckt sich die weitere Nut vorteilhafterweise in der Umfangsrichtung des Körpers.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass sich die weitere Nut in der Umfangsrichtung des Körpers über einen Winkel im Bereich von circa 20° bis circa 360° erstreckt.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist die weitere Nut in Richtung zum vorderen Ende des Körpers durch einen in Umfangsrichtung des Körpers verlaufenden vorderen Vorsprung, dessen Außenfläche von der Zentrierfläche gebildet ist, begrenzt ist und/oder die weitere Nut 2.11 in Richtung des hinteren Endes des Körpers durch einen in Umfangsrichtung des Körpers verlaufenden hinteren Vorsprung gebildet ist, begrenzt ist.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass der vordere Vorsprung einen Außendurchmesser oder einen lokalen größten Außendurchmesser des Körpers definiert und der hintere Vorsprung einen Außendurchmesser oder einen lokalen größten Außendurchmesser definiert, wobei die Außendurchmesser oder lokalen größten Außendurchmesser der vorderen und hinteren Vorsprünge gleich groß sind oder sich um maximal circa 0,2mm voneinander unterscheiden.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befindet/befinden sich im zweiten Abschnitt der Außenfläche mindestens eine Nut und/oder Bohrung und/oder Vertiefung und/oder andere Öffnung und/oder ein Kanal, die/der mit dem ersten Abschnitt der Außenfläche in Fluidverbindung steht/stehen.
Vorteilhafterweise befindet/befinden sich im zweiten Abschnitt der Außenfläche mindestens eine Nut und/oder Bohrung und/oder Vertiefung und/oder andere Öffnung und/oder ein Kanal befindet/befinden, die/der mit der weiteren Nut im ersten Abschnitt der Außenfläche in Fluidverbindung steht/stehen.
Günstigerweise befindet sich auf der Außenfläche des Körpers zwischen der Nut für einen Rundring oder mit einem darin angeordneten Rundring und der weiteren Nut ein umlaufender Aufnahmebereich zur Verbindung mit einem Düsenhalter.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass sich auf der Außenfläche des Körpers zwischen der Nut für einen Rundring oder mit einem darin angeordneten Rundring und der weiteren Nut ein umlaufender Aufnahmebereich zur Verbindung mit einem Düsenhalter befindet.
Zweckmäßigerweise weist der Aufnahmebereich mindestens einen radialen Vorsprung und/oder mindestens eine radiale Vertiefung auf. Die radialen Vorsprünge und/oder Vertiefungen können sich dabei über lediglich einen begrenzten Winkel in Umfangsrichtung erstrecken und/oder äquidistant angeordnet sein.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Anordnung, weist der Düsenhalter auf seiner Verbindungsseite eine Zylinderwand mit einer Stirnringfläche, die an der axialen Anschlagfläche der Düse anliegt, und mit einer Innenfläche, die an der Zentrierfläche der Düse vorzugsweise ohne oder mit geringem Spiel anliegt, auf.
Vorteilhafterweise weist der Düsenhalter auf der Innenfläche der Zylinderwand einen zum Aufnahmebereich der Düse komplementären Aufnahmebereich auf.
Schließlich liefert die vorliegende Erfindung sowohl einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrennerkopf als auch einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrenner, jeweils umfassend eine Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 16 oder eine Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 19.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass durch die spezielle Gestaltung der Außenfläche der Düse die Nut mit dem Rundring so weit wie möglich am hinteren Ende der Düse angeordnet werden kann, ohne dass der Rundring dabei beschädigt wird, und gleichzeitig eine größere Fläche, die mit Kühlflüssigkeit in Berührung kommen kann, bereitgestellt wird. Zudem wird die Zentrierung der Düse im Düsenhalter weiter verbessert.
Zum Beispiel ermöglicht ein möglichst langer erster Abschnitt des Körpers der Düse eine gute Kühlung der Übergangsstelle zwischen einem Düsenhalter und der Düse sowie eine gute Zentrierung der Düse in dem Düsenhalter. Eine gute Kühlung der Übergangsstelle ist beim Zünden des Pilotlichtbogens, der zwischen der Elektrode und der Düse eines Plasmalichtbogenbrenners brennt, notwendig. Ebenso ist sie notwendig, wenn der Plasmalichtbogenbrenner indirekt betrieben wird. Im letztgenannten Fall brennt der Plasmalichtbogen oft mit hoher elektrischer Leistung bzw. mehreren kW zwischen der Elektrode und der Düse. Dabei können Ströme über 100 A fließen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der zwei Ausführungsbeispiele anhand der schematischen Zeichnungen im Einzelnen erläutert werden. Dabei zeigt:
1 eine Schnittansicht (links) und eine Rückansicht (rechts) von einer Düse gemäß einer ersten besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Schnittansicht (links) und eine Rückansicht (rechts) von einer Düse gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine Schnittansicht (links) und eine Rückansicht (rechts) von einer Düse gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 eine Schnittansicht eines Plasmalichtbogenbrennerkopfes mit der Düse von 1.
5 eine Schnittansicht eines Plasmalichtbogenbrennerkopfes mit der Düse von 2.
6 eine Schnittansicht eines Plasmalichtbogenbrennerkopfes mit der Düse von 3.
Die jeweiligen vergrößerten Zeichnungsausschnitte in den 4 bis 6 zeigen Einzelheiten der Anordnung der Düse und eines Düsenhalters.
Die in der 1 gezeigte Düse für einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrenner umfasst einen Körper 2 mit einer axialen Gesamtlänge L, das heißt entlang der Längsachse M1, einer Innenfläche 2.20 und einer Außenfläche 2.22, einem vorderen Ende 2.24 und einem hinteren Ende 2.26 und einer Düsenöffnung 2.28 am vorderen Ende 2.24. Zudem weist der Körper 2 an seinem vorderen Ende 2.24 eine Nut 2.38 auf. In der Nut 2.38 befindet sich, wenn die Düse in den Plasmalichtbogenbrenner eingebaut ist, ein Rundring 2.40 (siehe 4 und 5) zur Abdichtung des Raumes zwischen Düse und Düsenkappe 3 (siehe 4 und 5). Die Außenfläche 2.22 des Körpers 2 weist, ausgehend von dem hinteren Ende 2.26, einen im Wesentlichen zylindrischen ersten Abschnitt 2.1 mit einer axialen Länge L1 auf, in dem sich am hinteren Ende 2.26 des Körpers 2 eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut 2.10 für einen Rundring (nicht gezeigt), die zum hinteren Ende 2.26 des Körpers 2 durch einen Vorsprung 2.30 begrenzt ist, der einen Außendurchmesser D11 des Körpers 2 definiert, und am vorderen Ende 2.24 eine Zentrierfläche A11 für einen Düsenhalter (nicht gezeigt) befindet, die einen Außendurchmesser D12 des Körpers 2 definiert. Des Weiteren weist die Außenfläche einen sich an den ersten Abschnitt 2.1 zum vorderen Ende 2.24 hin direkt anschließenden zweiten Abschnitt 2.2 mit einer axialen Länge L2 auf, der eine axiale Anschlagfläche B11 für einen Düsenhalter (nicht gezeigt) an der Grenze zum ersten Abschnitt 2.1, die einen Außendurchmesser D21 des Körpers 2 definiert, aufweist und sich zumindest in einem Teilabschnitt zum vorderen Ende 2.26 des Körpers hin im Wesentlichen kegelig verjüngt. Der erste Abschnitt 2.1 der Außenfläche 2.22 weist somit zwischen der Grenze zwischen dem ersten Abschnitt 2.1 und dem zweiten Abschnitt 2.2 und der Nut 2.10 eine insbesondere große Außenfläche A13 auf, die, wenn die Düse in einen Plasmalichtbogenbrennerkopf (nicht gezeigt) eingebaut ist, mit einer Kühlflüssigkeit in Kontakt treten kann, wodurch die Kühlung verbessert wird.
Da der Durchmesser D12 in dieser Ausführungsform 22,8 mm beträgt und der Durchmesser D11 in dieser Ausführungsform 20,8 mm beträgt, beträgt die Differenz D12 – D11 = 2mm. Zudem ergibt sich für (D12 – D11)/(D12) = 0,088.
Aus der 1 ergibt sich ferner, dass der Außendurchmesser D12 der größte Außendurchmesser des ersten Abschnitts 2.1 ist und der Außendurchmesser D21 der größte Außendurchmesser des zweiten Abschnitts 2.2 ist, wobei der größte Außendurchmesser D12 des ersten Abschnitts 2.1 kleiner als der größte Außendurchmesser D21 des zweiten Abschnitts 2.2 ist. Zudem ist der Außendurchmesser des Körpers 2 in 1 links und rechts von der Nut 2.10 identisch, das heißt D11.
Außerdem befindet sich im zweiten Abschnitt 2.2 der Außenfläche 2.22 ein Kanal B13, der mit dem ersten Abschnitt 2.1 der Außenfläche 2.22 in Fluidverbindung steht.
Mit L12 = 8,2mm, L13 = 2,3mm und L1 = 10,5mm ergibt sich für L12/L13 = 8,2mm/2,3mm = 3,565 und L12/L1 = 0,781 und für D12/L1 = 2,171.
2 zeigt eine Düse für einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrennerkopf (nicht gezeigt), die einen Körper 2 mit einer axialen Gesamtlänge L, einer Innenfläche 2.20 und einer Außenfläche 2.22, einem vorderen Ende 2.24 und einem hinteren Ende 2.26 und einer Düsenöffnung 2.28 am vorderen Ende 2.24 umfasst. Zudem weist der Körper 2 an seinem vorderen Ende 2.24 eine Nut 2.38 auf. In der Nut 2.38 befindet sich, wenn die Düse in den Plasmalichtbogenbrenner eingebaut ist, ein Rundring 2.40 (siehe 4 und 5) zur Abdichtung des Raumes zwischen Düse und Düsenkappe 3 (siehe 4 und 5). Die Außenfläche 2.22 des Körpers 2 weist, ausgehend von dem hinteren Ende 2.26, einen im Wesentlichen zylindrischen ersten Abschnitt 2.1 mit einer axialen Länge L1 auf, in dem sich am hinteren Ende 2.26 des Körpers 2 eine sich im Umfangsrichtung erstreckende Nut 2.10 für einen Rundring (nicht gezeigt) die zum hinteren Ende 2.26 des Körpers durch einen Vorsprung 2.30 begrenzt ist, der einen Außendurchmesser D11 des Körpers 2 definiert, und am vorderen Ende 2.24 eine Zentrierfläche A11 für einen Düsenhalter (nicht gezeigt) befindet, die einen Außendurchmesser D12 des Körpers 2 definiert. Zudem weist die Außenfläche 2.22 einen sich daran zum vorderen Ende 2.24 hin direkt anschließenden zweiten Abschnitt 2.2 mit einer axialen Länge L2 auf, der eine axiale Anschlagfläche B11 für einen Düsenhalter an der Grenze zum ersten Abschnitt 2.1, die einen Außendurchmesser D21 des Körpers 2 definiert, aufweist, und sich zumindest in einem Teilabschnitt zum vorderen Ende 2.26 des Körpers 2 im Wesentlichen kegelig verjüngt. Hinsichtlich der Abmessungen D12 und D11 gelten dieselben Werte und Verhältnisse bzw. Differenzen wie hinsichtlich der in der 1 gezeigten Düse. In der Außenfläche 2.22 des ersten Abschnitts 2.1 befindet sich jedoch eine weitere Nut 2.11. Diese weist vorzugsweise eine Querschnittsfläche von mindestens 3mm² auf. Zudem erstreckt sie sich vorteilhafterweise in der Umfangsrichtung des Körpers 2. Die weitere Nut 2.11 ist in Richtung zum vorderen Ende 2.24 des Körpers 2 durch einen in Umfangsrichtung des Körpers 2 verlaufenden vorderen Vorsprung 2.34, dessen Außenfläche von der Zentrierfläche A11 gebildet ist, begrenzt und in Richtung des hinteren Endes 2.26 des Körpers 2 durch einen in Umfangsrichtung des Körpers 2 verlaufenden hinteren Vorsprung 2.36 begrenzt, dessen Außenfläche von der Fläche bzw. Zentrierfläche A12 gebildet ist. Für die in der 2 gezeigte Düse gelten dieselben Werte wie für L12/L13, L12/L1 sowie D12/L1.
Wie sich ferner aus der 2 ergibt, definiert der vordere Vorsprung 2.34 einen lokalen größten Außendurchmesser D12 des Körpers 2 und definiert der hintere Vorsprung 2.36 einen lokalen größten Außendurchmesser D12. Mit anderen Worten sind in diesem Beispiel die lokalen größten Außendurchmesser der vorderen und hinteren Vorsprünge 2.34 und 2.36 gleich groß. Die lokalen größten Außendurchmesser der vorderen und hinteren Vorsprünge müssen aber nicht gleichgroß sein. In der Regel sollte aber der hintere Vorsprung 2.36 nicht größer als der vordere Vorsprung 2.34 sein. Durch die vorderen und hinteren Vorsprünge 2.34 und 2.36 mit identischem Außendurchmesser D12 bestehen bei dieser Düse zwei Kontaktflächen, die mit einem Düsenhalter (nicht gezeigt) in Kontakt stehen, wenn die Düse eingebaut ist. Es handelt sich um die Zentrierfläche A11 und die Fläche bzw. Zentrierfläche A12.
Wie sich ebenfalls aus der 2 ergibt, weist der zweite Abschnitt 2.2 eine Nut B12 auf, die mit der weiteren Nut 2.11 in Fluidverbindung steht.
3 zeigt eine Düse für einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrenner mit einem Körper 2, der eine axiale Gesamtlänge L, das heißt entlang der Längsachse M1, eine Innenfläche 2.20 und eine Außenfläche 2.22, ein vorderes Ende 2.24 und ein hinteres Ende 2.26 sowie eine Düsenöffnung 2.28 am vorderen Ende 2.24 aufweist. Die Außenfläche 2.22 des Körpers 2 weist, ausgehend von dem hinteren Ende 2.26, einen ersten Abschnitt 2.1 mit den gleichen Merkmalen wie der erste Abschnitt 2.1 der in der 2 gezeigten Düse und einen sich an den ersten Abschnitt 2.1 zum vorderen Ende 2.24 hin direkt anschließenden zweiten Abschnitt 2.2 mit einer axialen Länge L2 auf. Der zweite Abschnitt 2.2, insbesondere das vordere Ende 2.24 ist beispielhaft anders gestaltet. Der Körper 2 hat am vorderen Ende 2.24 im Gegensatz zum Körper von 2 keine Nut 2.38. Die in einen Plasmalichtbogenbrennerkopf eingebaute Düse aus 3 ist in 6 gezeigt. Hier erfolgt die Abdichtung des Raumes zwischen Düse und Düsenkappe 3 durch eine Berührung der metallischen Oberflächen der Düse und der Düsenkappe 3. Weiterhin ist eine andere Innenkontur der Düse bzw. des Körpers beispielhaft gezeigt. Dies Düse kann beispielweise für die indirekte Betriebsweise eingesetzt werden.
4 zeigt einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrennerkopf mit der Düse von 1. Der Körper 2 der Düse ist in einem Düsenhalter 7 befestigt und wird durch eine Düsenkappe 3 fixiert. Im inneren Hohlraum des Körpers 2 ist eine Elektrode 1 angeordnet. Zwischen der Elektrode 1 und dem Körper 2 befindet sich eine Plasmagasführung 4 für Plasmagas PG, das durch die Plasmagasführung 4, dann durch den Raum zwischen Elektrode 1 und Düse und letztlich aus der Düsenöffnung 2.28 strömt. Der Plasmalichtbogenbrennerkopf verfügt weiterhin über eine Düsenschutzkappe 5, die von einer Düsenschutzkappenhalterung 8 gehalten wird. Zwischen der Düsenkappe 3 und der Düsenschutzkappe 5 ist eine Sekundärgasführung 6 für Sekundärgas SG angeordnet. Das Sekundärgas SG strömt durch Öffnungen (nicht dargestellt) der Sekundärgasführung 6, dann durch den Raum zwischen Düsenkappe 3 und Düsenschutzkappe 5 und letztlich aus der vorderen Öffnung 5.1 der Düsenschutzkappe 5. Es gibt auch die Möglichkeit, dass die Düse und Düsenkappe 3 aus einem Teil bestehen. Ebenso gibt es Plasmalichtbogenbrennerköpfe, die ohne Sekundärgas betrieben werden. Diese haben dann in der Regel keine Düsenschutzkappe, keine Düsenschutzkappenhalterung und keine Sekundärgasführung.
Die Kühlflüssigkeit strömt über den Kühlflüssigkeitsvorlauf WV durch den Düsenhalter 7, durchströmt den Raum 10 zwischen Düsenhalter 7 und Düse, strömt dann durch die Kanäle B13 der Düse in den Raum zwischen Düse und Düsenkappe 3, bevor sie durch den Kühlflüssigkeitsrücklauf WR wieder zurück strömt.
Der erste Abschnitt 2.1 des Körpers 2 ist in den Düsenhalter 7 eingesetzt. Dabei trifft eine axiale Anschlagfläche B11 des Körpers 2 auf eine axiale Anschlagfläche B71 des Düsenhalters 7. Damit wird die Positionierung der Düse bzw. des Körpers 2 entlang der Längsachse M des Plasmalichtbogenbrennerkopfes bestimmt. Die Zentrierfläche A11 des Körpers 2 und die Zentrierfläche A71 des Düsenhalter 7 bestimmen die Zentrierung der Düse bzw. des Körpers 2 im Düsenhalter 7. Durch diese Anordnung wird eine gute Zentrierung erreicht. Wie bereits beschrieben, durchströmt die Kühlflüssigkeit den Raum 10 zwischen Düsenhalter 7 und Düse bzw. Körpers 2. Dieser Raum wird hier durch die Flächen A71 des Düsenhalters 7 und A13 der Düse sowie den Rundring 2.42 in der Nut 2.10 und die Anschlagsflächen B11 und B71 begrenzt und umgibt hier den gesamten Außenumfang dieses Düsenabschnitts. Dadurch steht die große Außenfläche A13 der Düse mit der Kühlflüssigkeit in Kontakt, wodurch die Kühlung verbessert wird. Hier wird auch deutlich, dass durch die erfindungsgemäße Lösung eine Beschädigung des Rundringes 2.42 in Nut 2.10 vermieden wird. Dies ist insbesondere wichtig, wenn sich auf der Zentrierfläche A71 beispielsweise Vorsprünge befinden.
5 zeigt einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrennerkopf mit der Düse von 2.
Der Körper 2 der Düse ist in einem Düsenhalter 7 befestigt und wird durch eine Düsenkappe 3 fixiert. Im inneren Hohlraum des Körpers 2 ist eine Elektrode 1 angeordnet. Zwischen der Elektrode 1 und dem Körper 2 befindet sich eine Plasmagasführung 4 für Plasmagas PG, das durch die Plasmagasführung 4, dann durch den Raum zwischen Elektrode 1 und Düse und letztlich aus der Düsenöffnung 2.28 strömt. Der Plasmalichtbogenbrennerkopf verfügt weiterhin über eine Düsenschutzkappe 5, die von einer Düsenschutzkappenhalterung 8 gehalten wird. Zwischen der Düsenkappe 3 und der Düsenschutzkappe 5 ist eine Sekundärgasführung 6 für Sekundärgas SG angeordnet. Das Sekundärgas SG strömt durch Öffnungen (nicht dargestellt) der Sekundärgasführung 6, dann durch den Raum zwischen Düsenkappe 3 und Düsenschutzkappe 5 und letztlich aus der vorderen Öffnung 5.1 der Düsenschutzkappe 5. Es gibt auch die Möglichkeit, dass die Düse und Düsenkappe 3 aus einem Teil bestehen. Ebenso gibt es Plasmalichtbogenbrennerköpfe, die ohne Sekundärgas betrieben werden. Diese haben dann in der Regel keine Düsenschutzkappe, keine Düsenschutzkappenhalterung und keine Sekundärgasführung.
Wie auch im Zusammenhang mit der 3 erörtert wurde, weist die in dem Plasmalichtbogenbrennerkopf der 6 verwendete Düse Ähnlichkeit mit der Düse von 2 auf, aber gibt es auch Unterschiede, und zwar in diesem Beispiel hinsichtlich der Dichtung im vorderen Bereich. Es gibt weder eine Nut 2.38 noch einen darin eingesetzten Rundring 2.40 wie bei der Düse von 2 bzw. 5. Da auch eine indirekte Betriebsweise möglich ist, ist ein Strom- und Wärmeübergang im Kontaktbereich zwischen der Düse und der Düsenkappe besonders wichtig wegen möglicher hoher Ströme, die üblicherweise größer als 100A sind.
Die Kühlflüssigkeit strömt über den Kühlflüssigkeitsvorlauf WV durch den Düsenhalter 7, durchströmt den Raum 10 zwischen Düsenhalter 7 und Düse, der durch die Nut 2.11 und die Zentrierfläche A71 gebildet wird, strömt dann durch die Nut B12 der Düse bzw. des Körpers 2, die mit der Nut 2.11 in Fluidverbindung steht in den 2 Raum zwischen Düse und Düsenkappe 3, bevor es durch den Kühlflüssigkeitsrücklauf WR wieder zurück strömt.
Die Zentrierung ist bei den Anordnungen gemäß 5 und 6 noch besser als in 4, da die Zentrierung der Düse über die Flächen A11 und A12 mit der Fläche A71 des Düsenhalters 7 erfolgt. Die so gebildete Kontaktfläche zwischen Düse bzw. Körper 2 und Düsenhalter 7 ist größer, was zusätzlich auch den Wärmeübergang und auch Stromübergang zwischen Düse und Düsenhalter 7. Ebenso erfolgt keine Beschädigung des Rundrings 2.42 in der Nut 2.10 (siehe 3).
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in den beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: Elektrode
2: Körper
2.1: erster Abschnitt
2.10: Nut
2.2: zweiter Abschnitt
2.20: Innenfläche
2.22: Außenfläche
2.24: vorderes Ende
2.26: hinteres Ende
2.28: Düsenöffnung
2.30: Vorsprung
2.32: Kantenlinie
2.34: vorderer Vorsprung
2.36: hinterer Vorsprung
2.38: Nut
2.40: Rundring
2.42: Rundring
3: Düsenkappe
4: Plasmagasführung
5: Düsenschutzkappe
6: Sekundärgasführung
7: Düsenhalter
8: Düsenschutzkappenhalter
10: Raum
A11: Zentrierfläche
A12: Fläche
A13: Außenfläche
A71: Zentrierfläche
B11: axiale Anschlagfläche
B12: Nut
B13: Kanäle
B71: axiale Anschlagfläche
D11: Außendurchmesser
D12: Außendurchmesser
D13: Durchmesser
D21: Außendurchmesser
L: axiale Gesamtlänge
L1: axiale Länge
L2: axiale Länge
L12: Länge
L13: Länge
L14: Länge
M: Längsachse
M1: Längsachse
WR: Kühlflüssigkeitsrücklauf
WV: Kühlflüssigkeitsvorlauf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009006132 B4 [0002]
DE 102007005316 B4 [0003]

Claims

Düse für einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrennerkopf, umfassend: einen Körper (2) mit einer axialen Gesamtlänge L, einer Innenfläche (2.20) und einer Außenfläche (2.22), einem vorderen (2.24) und einem hinteren Ende (2.26) und einer Düsenöffnung (2.28) am vorderen Ende (2.24), wobei die Außenfläche (2.22) des Körpers (2), ausgehend von dem hinteren Ende (2.26), einen im Wesentlichen zylindrischen ersten Abschnitt (2.1) mit einer axialen Länge L1, in dem sich am hinteren Ende (2.26) des Körpers (2) eine sich vorzugsweise in Umfangsrichtung erstreckende Nut (2.10) für einen oder mit einem darin angeordneten Rundring (2.42), die zum hinteren Ende (2.26) des Körpers (2) durch einen Vorsprung (2.30) begrenzt ist, der einen Außendurchmesser D11 des Körpers (2) definiert, und am vorderen Ende (2.24) eine Zentrierfläche (A11) für einen Düsenhalter (7) befindet, die einen Außendurchmesser D12 des Körpers (2) definiert, und einen sich daran zum vorderen Ende (2.24) hin anschließenden zweiten Abschnitt (2.2) mit einer axialen Länge L2 aufweist, der eine axiale Anschlagfläche (B11) für einen Düsenhalter an der Grenze zum ersten Abschnitt (2.1), die einen Außendurchmesser D21 des Körpers (2) definiert, aufweist und sich zumindest in einem Teilabschnitt zum vorderen Ende (2.24) des Körpers (2) im Wesentlichen kegelförmig verjüngt, wobei gilt: D12 – D11 ≥ 1,5mm und/oder (D12 – D11)/D12 ≥ 0,07.
Düse für einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrenner, umfassend: einen Körper (2) mit einer axialen Gesamtlänge L, einer Innenfläche (2.20) und einer Außenfläche (2.22), einem vorderen (2.24) und einem hinteren Ende (2.26) und einer Düsenöffnung (2.28) am vorderen Ende (2.24), wobei die Außenfläche (2.22) des Körpers (2), ausgehend von dem hinteren Ende (2.26), einen im Wesentlichen zylindrischen ersten Abschnitt (2.1) mit einer axialen Länge L1, in dem sich am hinteren Ende (2.26) des Körpers (2) eine sich vorzugsweise in Umfangsrichtung erstreckende Nut (2.10) für einen oder mit einem darin angeordneten Rundring (2.42), die zum hinteren Ende (2.26) des Körpers (2) durch einen Vorsprung (2.30) begrenzt ist, der einen Außendurchmesser D11 des Körpers (2) definiert, und am vorderen Ende (2.24) eine Zentrierfläche (A11) für einen Düsenhalter (7) befindet, die einen Außendurchmesser D12 des Körpers (2) definiert, und einen sich daran zum vorderen Ende (2.24) hin anschließenden zweiten Abschnitt (2.2) mit einer axialen Länge L2 aufweist, der eine axiale Anschlagfläche (B11) für einen Düsenhalter (7) an der Grenze zum ersten Abschnitt (2.1), die einen Außendurchmesser D21 des Körpers (2) definiert, aufweist und sich zumindest in einem Teilabschnitt zum vorderen Ende (2.26) des Körpers (2) im Wesentlichen kegelförmig verjüngt, insbesondere nach Anspruch 1, wobei für die Länge L12 des Abstands zwischen der axialen Anschlagfläche (B11) des zweiten Abschnitts (2.2) und der nächstliegenden Kantenlinie (2.32) der Nut (2.10) und der Länge L13 des Abstands zwischen besagter Kantenlinie (2.32) und dem hinteren Ende (2.26) des Körpers (2) gilt L12/L13 ≥ 3, besonders bevorzugt L12/L13 ≥ 3,3 und/oder wobei für die Länge L12 des Abstands zwischen der axialen Anschlagfläche (B11) des zweiten Abschnitts (2.2) und der nächstliegenden Kantenlinie (2.32) der Nut (2.10) und der Länge L1 des ersten Abschnitts (2.1) gilt L12/L1 ≥ 0,75 und besonders bevorzugt L12/L1 ≥ 0,77, und/oder wobei gilt D12/L1 ≤ 2,3.
Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser D12 der größte Außendurchmesser des ersten Abschnitts (2.1) ist.
Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser D21 der größte Außendurchmesser des zweiten Abschnitts (2.2) ist.
Düse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der größte Außendurchmesser des ersten Abschnitts (2.1) kleiner als der größte Außendurchmesser des zweiten Abschnitts (2.2) ist.
Düse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Außenfläche (2.22) des ersten Abschnitts (2.1) eine weitere Nut (2.11) befindet.
Düse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Nut (2.11) eine Querschnittsfläche von mindestens 3 mm² aufweist.
Düse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die weitere Nut (2.11) in der Umfangsrichtung des Körpers (2) erstreckt.
Düse nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die weitere Nut (2.11) in der Umfangsrichtung des Körpers (2) über einen Winkel im Bereich von circa 20° bis ca. 360° erstreckt.
Düse nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Nut (2.11) in Richtung zum vorderen Ende (2.24) des Körpers (2) durch einen in Umfangsrichtung des Körpers (2) verlaufenden vorderen Vorsprung (2.34), dessen Außenfläche von der Zentrierfläche (A11) gebildet ist, begrenzt ist und/oder die weitere Nut (2.11) in Richtung des hinteren Endes (2.26) des Körpers (2) durch einen in Umfangsrichtung des Körpers (2) verlaufenden hinteren Vorsprung (2.36) begrenzt ist.
Düse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Vorsprung (2.34) einen Außendurchmesser oder einen lokalen größten Außendurchmesser des Körpers (2) definiert und der hintere Vorsprung (2.36) einen Außendurchmesser oder einen lokalen größten Außendurchmesser definiert, wobei die Außendurchmesser oder lokalen größten Außendurchmesser der vorderen (2.34) und hinteren Vorsprünge (2.36) gleich groß sind oder sich um maximal circa 0,2mm voneinander unterscheiden.
Düse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich im zweiten Abschnitt (2.2) der Außenfläche (2.22) mindestens eine Nut und/oder Bohrung und/oder Vertiefung und/oder andere Öffnung und/oder ein Kanal befindet/befinden, die/der mit dem ersten Abschnitt (2.1) der Außenfläche (2.22) in Fluidverbindung steht/stehen.
Düse nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich im zweiten Abschnitt (2.2) der Außenfläche (2.22) mindestens eine Nut und/oder Bohrung und/oder Vertiefung und/oder andere Öffnung und/oder ein Kanal befindet/befinden, die/der mit der weiteren Nut (2.11) im ersten Abschnitt (2.1) der Außenfläche (2.22) in Fluidverbindung steht/stehen.
Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf der Außenfläche (2.22) des Körpers (2) zwischen der Nut (2.10) für einen Rundring oder mit einem darin angeordneten Rundring und der axialen Anschlagfläche (B11) ein umlaufender Aufnahmebereich zur Verbindung mit einem Düsenhalter befindet.
Düse nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf der Außenfläche (2.22) des Körpers (2) zwischen der Nut (2.10) für einen Rundring oder mit einem darin angeordneten Rundring und der weiteren Nut (2.11) ein umlaufender Aufnahmebereich zur Verbindung mit einem Düsenhalter befindet.
Düse nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich mindestens einen radialen Vorsprung und/oder mindestens eine radiale Vertiefung aufweist.
Anordnung aus einem Düsenhalter und einer Düse nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenhalter auf seiner Verbindungsseite eine Zylinderwand mit einer Stirnringfläche, die an der axialen Anschlagfläche (B11) der Düse anliegt, und mit einer Innenfläche, die an der Zentrierfläche (A11) der Düse vorzugsweise ohne oder mit geringem Spiel anliegt, aufweist.
Anordnung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenhalter auf der Innenfläche der Zylinderwand einen zum Aufnahmebereich der Düse komplementären Aufnahmebereich aufweist.
Flüssigkeitsgekühlter Plasmalichtbogenbrennerkopf, umfassend eine Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 16 oder eine Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 19.
Flüssigkeitsgekühlter Plasmalichtbogenbrenner, umfassend eine Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 16 oder eine Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 19.