DE102017130210A1

DE102017130210A1 - Plasma torch tip for a plasma torch

Info

Publication number: DE102017130210A1
Application number: DE102017130210.7A
Authority: DE
Inventors: Mathias Kaiser; Steffen Thumm
Original assignee: Hegwein GmbH
Current assignee: Hegwein GmbH
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2019-06-19

Abstract

Eine Plasmabrennerspitze (1) für einen Plasmabrenner, bei dem Mikrowellen in einen Hohlleiter (2) eingekoppelt werden, bei dem die Plasmabrennerspitze (1) an einem offenen Ende (3) des Hohlleiters (2) in dem die Plasmabrennerspitze (1) umgebenden Hohlleiter (2) angeordnet ist, bei dem während des Betriebs ein Prozessgas durch den Hohlleiter (2) hindurchgeführt wird, die Plasmabrennerspitze (1) umströmt und an dem offenen Ende (3) des Hohlleiters (2) aus dem Hohlleiter (2) ausströmt, und bei dem während des Betriebs zwischen der Plasmabrennerspitze (1) und dem umgebenden Hohlleiter (2) in einem an dem offenen Ende (3) aus dem Hohlleiter (2) austretenden Prozessgas durch die Mikrowellen ein Plasma erzeugt wird, weist längs einer Mittenachse (4) an einem ersten Ende (5) einen Sockelbereich (6) auf, der in einen sich an dem gegenüberliegenden zweiten Ende (7) verjüngenden Kuppenbereich (8) übergeht, wobei in dem Sockelbereich (6) mindestens eine quer zur der Mittenachse (4) radial nach außen vorspringende Rippe (10) angeordnet ist. In der Plasmabrennerspitze (1) ist mindestens ein in dem Kuppenbereich (8) nach außen führender Strömungskanal (16) angeordnet.A plasma torch tip (1) for a plasma torch, in which microwaves are coupled into a waveguide (2), in which the plasma torch tip (1) at an open end (3) of the waveguide (2) in the waveguide surrounding the plasma torch tip (1) ( 2) is arranged, in which a process gas is passed through the waveguide (2) during operation, flows around the plasma torch tip (1) and at the open end (3) of the waveguide (2) flows out of the waveguide (2), and at A plasma is generated by the microwaves during operation between the plasma torch tip (1) and the surrounding waveguide (2) in a process gas emerging from the waveguide (2) at the open end (3) along a central axis (4) a first end (5) having a base region (6) which merges into a tip region (8) tapering at the opposite second end (7), wherein at least one transverse to the central axis (4) radia in the base region (6) l outwardly projecting rib (10) is arranged. In the plasma torch tip (1) at least one in the tip region (8) leading outward flow channel (16) is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft eine Plasmabrennerspitze für einen koaxialen Mikrowellen-Plasmabrenner, bei dem Mikrowellen in einen Hohlleiter eingekoppelt werden, bei dem die Plasmabrennerspitze an einem offenen Ende des Hohlleiters in dem die Plasmabrennerspitze umgebenden Hohlleiter angeordnet ist, bei dem während des Betriebs ein Prozessgas durch den Hohlleiter hindurchgeführt wird, die Plasmabrennerspitze umströmt und an dem offenen Ende des Hohlleiters aus dem Hohlleiter ausströmt, und bei dem während des Betriebs zwischen der Plasmabrennerspitze und dem umgebenden Hohlleiter in einem an dem offenen Ende aus dem Hohlleiter austretenden Prozessgas durch die Mikrowellen ein Plasma erzeugt wird.The invention relates to a plasma torch tip for a coaxial microwave plasma torch in which microwaves are coupled into a waveguide in which the plasma torch tip is disposed at an open end of the waveguide in the waveguide surrounding the plasma torch tip, during which a process gas passes through the waveguide is passed, the plasma jet tip flows around and flows out of the waveguide at the open end of the waveguide, and in which a plasma is generated during operation between the plasma torch tip and the surrounding waveguide in a emerging at the open end of the waveguide process gas through the microwaves.

Durch eine konzentrische Anordnung einer üblicherweise länglich ausgestalteten Plasmabrennerspitze in einem umgebenden Hohlleiter wird für die in den Hohlleiter eingekoppelten Mikrowellen ein Koaxialleiter gebildet, an dessen offenen Ende die Mikrowellenenergie austritt und das nach einem initialen Zündfunken an der Plasmabrennerspitze ausgebildete Plasma mit Energie versorgt. Mit derartigen Plasmabrennern kann ein aus dem Hohlleiter austretender heißer Plasmastrahl erzeugt werden, der eine hohe Temperatur von bis zu einigen tausend Grad Celsius aufweisen kann. In Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit des Prozessgases bei dem Austritt aus dem offenen Ende des Hohlleiters bildet sich an diesem Ende ein flammen- oder fackelartiger Plasmastrahl, der aus dem offenen Ende des Hohlleiters ausgeblasen wird. Mit dem heißen Plasmastrahl können im Rahmen von Herstellungs- oder Verarbeitungsverfahren nahezu beliebige Materialien erhitzt und beispielsweise miteinander verschweißt oder aber verdampft werden. Mit Plasmaschneidbrennern können mit dem heißen Plasmastrahl plattenförmige Objekte durchtrennt und zugeschnitten werden. Derartige Plasmabrenner können auch in vorteilhafter Weise als Zündeinrichtung für üblicherweise große Verbrennungsanlagen beispielsweise in Kraftwerken eingesetzt werden.By a concentric arrangement of a usually elongated plasma torch tip in a surrounding waveguide, a coaxial conductor is formed for the microwaves coupled into the waveguide, at the open end of which the microwave energy emerges and supplies the plasma formed after an initial spark at the plasma torch tip. With such plasma torches emerging from the waveguide hot plasma jet can be generated, which may have a high temperature of up to several thousand degrees Celsius. Depending on the flow rate of the process gas at the exit from the open end of the waveguide forms at this end a flame or torch-like plasma jet, which is blown out of the open end of the waveguide. With the hot plasma jet, virtually any materials can be heated and, for example, welded or vaporized together in the course of manufacturing or processing methods. With plasma cutting torches, plate-shaped objects can be cut and cut with the hot plasma jet. Such plasma torches can also be used advantageously as an ignition device for usually large combustion plants, for example in power plants.

Der Hohlleiter dient als Zuführung der eingekoppelten Mikrowellen hin zu dessen offenen Ende, an welchem auch die Plasmabrennerspitze angeordnet ist. Um den Plasmabrenner zu zünden und an dem offenen Ende ein Plasma zu erzeugen wird eine ausreichend hohe elektrische Potentialdifferenz zwischen dem üblicherweise geerdeten äußeren Hohlleiter und der in dem Hohlleiter angeordneten Plasmabrennerspitze erzeugt, bzw. an zwischen der Plasmabrennerspitze und dem umgebenden Hohlleiter eine Zündspannung angelegt, sodass am Ort der höchsten Feldstärke und dem geringsten Abstand zwischen der Plasmabrennerspitze und dem umgebenden Hohlleiter ein Zündfunken erzeugt wird. Der Zündfunken erzeugt ein Plasma, welches auf Grund der kontinuierlichen Zufuhr des Prozessgases und der eingekoppelten Mikrowellenenergie selbsterhaltend ist und als Plasmastrahl kontinuierlich aus dem offenen Ende des Hohlleiters austritt.The waveguide serves as a feed of the coupled microwaves toward the open end, on which the plasma torch tip is arranged. In order to ignite the plasma torch and generate a plasma at the open end, a sufficiently high electrical potential difference is generated between the usually grounded outer waveguide and the plasma torch tip disposed in the waveguide, or an ignition voltage is applied between the plasma torch tip and the surrounding waveguide at the highest field strength location and the shortest distance between the plasma torch tip and the surrounding waveguide, a spark is generated. The spark generates a plasma, which is self-sustaining due to the continuous supply of the process gas and the injected microwave energy and emerges continuously as a plasma jet from the open end of the waveguide.

Die an Plasmabrenner gestellten Anforderungen betreffen regelmäßig einen möglichst lange andauernden und gleichmäßigen Betrieb und eine möglichst große Anzahl an zuverlässig durchführbaren Zündvorgängen. Die durch den Plasmastrahl bewirkte Veränderung der Leitfähigkeit in und um den Hohlleiter herum sowie eine unerwünschte Wärmeausdehnung einzelner Komponenten des Plasmabrenners können dessen Zünd- und Betriebsverhalten beeinflussen. Die sehr hohe Temperatur des mit dem Plasmabrenner erzeugten Plasmastrahls führt zudem oftmals dazu, dass zumindest in der unmittelbaren Umgebung des Plasmastrahls die Plasmabrennerspitze übermäßig erhitzt wird und allmählich durch einen als Abbrand bezeichneten Materialabtrag verändert und bis zur Funktionslosigkeit beschädigt werden kann.The requirements placed on plasma torches regularly concern the longest possible and uniform operation and the largest possible number of reliably feasible ignition processes. The change in the conductivity in and around the waveguide caused by the plasma jet as well as an undesired thermal expansion of individual components of the plasma torch can influence its ignition and operating behavior. The very high temperature of the plasma jet generated with the plasma torch also often causes at least in the immediate vicinity of the plasma jet, the plasma torch tip is heated excessively and gradually changed by a designated as erosion material removal and can be damaged to the point of inactivity.

Beispielsweise aus US 5,565,118 A sind koaxiale Mikrowellen-Plasmabrenner bekannt, bei denen jeweils eine Plasmabrennerspitze koaxial von einem Hohlleiter umgeben und so an dessen offenen Ende angeordnet sind, dass zwischen der Plasmabrennerspitze und dem umgebenden Hohlleiter durch die in den Hohlleiter eingekoppelte Mikrowellenenergie ein Lichtbogen erzeugt werden kann, der in dem durch das offene Ende des Hohlleiters austretenden Prozessgas einen Plasmastrahl erzeugt. Dabei wird in US 5,565,118 A anschaulich beschrieben, welchen Einfluss die geometrischen Bedingungen zwischen dem spitzen Ende der Plasmabrennerspitze einerseits und einem umgebenden Öffnungsrand des offenen Endes des Hohlleiters andererseits haben können.For example US 5,565,118 A Coaxial microwave plasma torches are known in which each a plasma torch tip coaxially surrounded by a waveguide and are arranged at the open end, that between the plasma torch tip and the surrounding waveguide by the coupled into the waveguide microwave energy, an arc can be generated in the produced by the open end of the waveguide emerging process gas generates a plasma jet. It will be in US 5,565,118 A vividly described, which influence the geometric conditions between the tip end of the plasma torch tip on the one hand and a surrounding opening edge of the open end of the waveguide on the other hand can have.

Ähnliche Plasmabrenner sind auch aus US 4,611,108 oder aus DE 198 14 812 C2 bekannt, wobei im Gegensatz zu dem in US 5,565,118 A beschriebenen Plasmabrenner das Prozessgas jeweils durch einen Strömungskanal im Inneren der Plasmabrennerspitze geführt wird und an der Plasmabrennerspitze austritt, und nicht in dem in einem die Plasmabrennerspitze umgebenden Ringspalt . In beiden Veröffentlichungen wird auf die Probleme hingewiesen, die durch die enorme Hitzebelastung der Plasmabrennerspitze durch den heißen Plasmastrahl erzeugt werden. In beiden Fällen wird vorgeschlagen, die Plasmabrennerspitze mit einer austauschbaren Düsenspitze zu versehen, die nach einem übermäßigen Abbrand in einfacher Weise ausgewechselt werden kann.Similar plasma torches are also off US 4,611,108 or off DE 198 14 812 C2 known, in contrast to the in US 5,565,118 A described plasma torch, the process gas is in each case guided through a flow channel in the interior of the plasma torch tip and exits at the plasma torch tip, and not in the annular gap surrounding the plasma torch tip. Both publications refer to the problems caused by the enormous heat load of the plasma torch tip by the hot plasma jet. In both cases, it is proposed to provide the plasma torch tip with a replaceable nozzle tip, which can be easily replaced after excessive burnup.

Es wird deshalb als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, eine Plasmabrennerspitze der eingangs genannten Gattung so auszugestalten, dass mit einem geringen Aufwand ein möglichst zuverlässiges Zündverhalten und eine möglichst gleichmäßiger Betrieb eines mit der Plasmabrennerspitze ausgestatteten Plasmabrenners erreicht werden kann.It is therefore considered to be an object of the present invention to provide a Plasma torch tip of the type mentioned initially in such a way that with as little effort as reliable ignition behavior and the most uniform operation of a equipped with the plasma torch plasma torch can be achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Plasmabrennerspitze längs einer Mittenachse an einem ersten Ende einen Sockelbereich aufweist, der in einen sich an dem gegenüberliegenden zweiten Ende verjüngenden Kuppenbereich übergeht, wobei in dem Sockelbereich mindestens eine quer zur der Mittenachse radial nach außen vorspringende Rippe angeordnet ist. Die radial nach außen vorspringende Rippe bewirkt eine innerhalb des Sockelbereichs vergrößerte Oberfläche der Plasmabrennerspitze. Das während des Betriebs um die Plasmabrennerspitze herumströmende Prozessgas kühlt die Plasmabrennerspitze, wobei durch die vergrößerte Oberfläche, die mit der radial nach außen vorspringenden Rippe innerhalb des Sockelbereichs erzeugt wird, die Kühlwirkung ansteigt und die Plasmabrennerspitze durch das umströmende Prozessgas stärker gekühlt und auf einer geringeren Temperatur als eine herkömmliche Plasmabrennerspitze ohne eine derartige radial nach außen vorspringende Rippe gehalten wird.This object is achieved in that the plasma torch tip along a central axis at a first end has a base region which merges into a tapered at the opposite second end tip region, wherein arranged in the base region at least one transversely to the central axis radially outwardly projecting rib is. The radially outwardly projecting rib causes an enlarged surface of the plasma torch tip within the base region. The process gas flowing around the plasma torch tip during operation cools the plasma torch tip, the cooling effect increases due to the increased surface created with the radially outwardly projecting rib within the pedestal region, and the plasma torch tip is more cooled by the circulating process gas and at a lower temperature is held as a conventional plasma torch tip without such a radially outwardly projecting rib.

Die nach außen vorspringende Rippe kann sich längs der Hauptströmungsrichtung des Prozessgases erstrecken, um das die Plasmabrennerspitze umströmende Prozessgas nicht in einer unerwünschten Weise umzulenken und zu verwirbeln, falls eine dadurch verursachte Beeinträchtigung des aus dem offenen Ende des Hohlleiters austretenden Plasmastrahls vermieden werden soll. Es ist jedoch ebenfalls möglich, die nach außen vorspringende Rippe längs der sich in Richtung des offenen Endes des umgebenden Hohlleiters erstreckenden Mittenachse so auszugestalten bzw. so anzuordnen, dass dadurch das an der Plasmabrennerspitze vorbeiströmende Prozessgas umgelenkt wird, um durch die verlängerte Verweildauer im Bereich der Plasmabrennerspitze eine noch größere Kühlwirkung zu ermöglichen.The outwardly projecting rib may extend along the main flow direction of the process gas so as not to deflect and swirl the process gas flowing around the plasma torch tip in an undesirable manner, if an impairment of the plasma jet emerging from the open end of the waveguide is to be avoided. However, it is also possible to design the outwardly projecting rib along the center axis extending in the direction of the open end of the surrounding waveguide in such a way that the process gas flowing past the plasma torch tip is thereby deflected, in order to achieve a longer dwell time in the area of Plasma burner tip to allow even greater cooling effect.

Die radial nach außen vorspringende Rippe kann zusätzlich zu der vorteilhaften Kühlwirkung auch so ausgestaltet und dazu verwendet werden, dass innerhalb eines Zündbereichs der Rippe ein kleinster Abstand zwischen der Plasmabrennerspitze und dem umgebenden Hohlleiter vorgegeben wird. Die Rippe und gegebenenfalls die gesamte Plasmabrennerspitze sind in vorteilhafter Weise aus einem elektrisch leitenden Material wie beispielsweise aus einem Metall hergestellt oder mit einem elektrisch leitenden Überzug versehen, sodass bei dem Anlegen einer geeignet hohen Zündspannung zwischen der Plasmabrennerspitze und dem umgebenden und üblicherweise geerdeten Hohlleiter der für eine Zündung des Plasmabrenners benötigte Zündfunken erzeugt wird. Der Zündfunken wird dabei in einem gegenüber der Umgebung durch den Hohlleiter abgeschirmten und geschützten Bereich erzeugt. Die Erzeugung des Zündfunkens ist weitgehend unabhängig von eventuellen thermischen Ausdehnungen während des Betriebs. Darüber hinaus kann in einfacher Weise ein räumlicher Abstand zwischen dem Kuppenbereich der Plasmabrennerspitze einerseits und der Rippe, bzw. des an der Rippe ausgebildeten Zündbereichs andererseits bewirkt werden. Die während des Betriebs durch das Plasma bzw. durch den davon verursachten Abbrand möglicherweise eintretende Formveränderung des Kuppenbereichs wirkt sich dann nicht nachteilig auf den davon räumlich beabstandeten Zündbereich aus, sodass eine nachteilige Beeinträchtigung des Zündverhaltens durch den unvermeidlichen Abbrand vermieden werden kann. Auf diese Weise kann über eine lange Betriebsdauer und auch bei häufigen Zündvorgängen ein besonders zuverlässiges Zündverhalten ermöglicht werden.The radially outwardly projecting rib can, in addition to the advantageous cooling effect, also be designed and used so that a smallest distance between the plasma torch tip and the surrounding waveguide is predetermined within an ignition range of the rib. The rib and optionally the entire plasma torch tip are advantageously made of an electrically conductive material such as a metal or provided with an electrically conductive coating, so that when applying a suitably high ignition voltage between the plasma torch tip and the surrounding and usually grounded waveguide for an ignition of the plasma torch required spark is generated. The spark is generated in a protected from the environment by the waveguide and protected area. The generation of the spark is largely independent of any thermal expansion during operation. In addition, a spatial distance between the tip portion of the plasma torch tip on the one hand and the rib, or of the ignition region formed on the rib on the other hand can be effected in a simple manner. The possibly occurring during operation by the plasma or by the burning caused by it change in shape of the dome area then does not adversely affect the spatially spaced from this ignition area, so that a disadvantageous adverse effect on the ignition behavior can be avoided by the inevitable burnup. In this way, a particularly reliable ignition behavior can be made possible over a long period of operation and even with frequent ignition.

Zweckmäßigerweise sind der Sockelbereich und insbesondere die Rippen der Plasmabrennerspitze aus einem Material mit einer möglichst hohen Wärmeleitfähigkeit hergestellt. Vorzugsweise wird ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als 20 × 10⁶ S/m verwendet. In vorteilhafter Weise weist das verwendete Material auch eine gute elektrische Leitfähigkeit auf. Der Kuppenbereich kann einstückig an dem Sockelbereich ausgebildet sein. Es ist ebenfalls möglich, dass der Kuppenbereich gesondert hergestellt und anschließend mit dem Sockelbereich verbunden wird. Der Kuppenbereich könnte auch aus einem anderen Material als der Sockelbereich hergestellt sein, um beispielsweise eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegenüber den hohen Temperaturen aufzuweisen, die während des Betriebs in der Umgebung des Plasmas herrschen.Conveniently, the base region and in particular the ribs of the plasma torch tip are made of a material with the highest possible thermal conductivity. Preferably, a material having a thermal conductivity of more than 20 × 10 ⁶ S / m is used. Advantageously, the material used also has a good electrical conductivity. The crest region may be formed integrally with the base region. It is also possible that the crest area is made separately and then connected to the base area. The dome area could also be made of a different material than the pedestal area, for example, to have increased resistance to the high temperatures that prevail during operation in the environment of the plasma.

Der Sockelbereich kann beispielsweise einen zylinderförmigen Grundkörper aufweisen. Es ist ebenfalls möglich, dass der Sockelbereich eine sich gegebenenfalls mehrfach verändernde Querschnittsfläche quer zu der Mittenachse aufweist. So kann sich der Sockelbereich auch bereits vor dem Übergang in den Kuppenbereich verjüngen.The base region may, for example, have a cylindrical base body. It is also possible that the base region has an optionally repeatedly changing cross-sectional area transversely to the center axis. Thus, the base area can also be tapered before the transition into the crest area.

Die erfindungsgemäße Plasmabrennerspitze kann in einem Hohlleiter angeordnet werden, der die Plasmabrennerspitze umgibt und zusammen mit der Plasmabrennerspitze zumindest in einem Bereich an dem offenen Ende des Hohlleiters einen Koaxialleiter für die in den Hohlleiter eingekoppelten Mikrowellen bildet. Zumindest eine der Plasmabrennerspitze zugewandte Innenfläche des umgebenden Hohlleiters und eine dem umgebenden Hohlleiter zugewandte Außenfläche der Plasmabrennerspitze sind zu diesem Zweck aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt oder beschichtet und weisen beispielsweise ein geeignetes metallisches Material auf, um einen Koaxialleiter für die eingekoppelten Mikrowellen zu bilden. Der Hohlleiter bzw. die Plasmabrennerspitze können auch im Hinblick auf eine möglichst effektive Wärmeleitung von dem Plasmastrahl weg vollständig aus einem elektrisch leitfähigen Material wie beispielsweise ein geeignetes Metall hergestellt sein. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Innenfläche des Hohlleiters bzw. die Außenfläche der Plasmabrennerspitze nur in Längsrichtung abschnittsweise oder in Umfangsrichtung teilweise, bzw. mit Unterbrechungen mit einem elektrisch leitfähigen Material versehen sind.The plasma torch tip according to the invention can be arranged in a waveguide which surrounds the plasma torch tip and, together with the plasma torch tip, forms a coaxial conductor for the microwaves coupled into the waveguide, at least in one region at the open end of the waveguide. At least one inner surface of the surrounding waveguide facing the plasma torch tip and an outer surface of the plasma torch tip facing the surrounding waveguide are made or coated for this purpose from an electrically conductive material and have For example, a suitable metallic material to form a coaxial conductor for the coupled microwaves. The waveguide or the plasma torch tip can also be made completely from an electrically conductive material, such as a suitable metal, with regard to the most effective possible heat conduction away from the plasma jet. It is also conceivable that the inner surface of the waveguide or the outer surface of the plasma torch tip are partially or in the circumferential direction partially or in the circumferential direction, or provided with interruptions with an electrically conductive material only in the longitudinal direction.

Der Hohlleiter weist in vorteilhafter Weise eine ringförmige Querschnittsfläche bzw. eine hohlzylindrische Formgebung auf. Es ist ebenfalls möglich, dass der Hohlleiter eine elliptische Querschnittsfläche, eine rechteckförmige Querschnittsfläche oder eine nahezu beliebig vorgegebene Querschnittsfläche aufweist, wodurch im Vergleich zu einem hohlzylindrischen Hohlleiter anderen Transmissionsmoden der Mikrowellen begünstigt werden können. Die Plasmabrennerspitze kann in vielen Anwendungsfällen vorteilhaft konzentrisch zu dem umgebenden Hohlleiter angeordnet werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Plasmabrennerspitze in einem Abstand zu einer Mittenachse des umgebenden Hohlleiters oder in einer abweichenden Ausrichtung zu der Mittenachse angeordnet ist und sich dadurch Vorteile für den an dem offenen Ende des Hohlleiters ausgebildeten Plasmastrahl ergeben.The waveguide advantageously has an annular cross-sectional area or a hollow-cylindrical shape. It is also possible for the waveguide to have an elliptical cross-sectional area, a rectangular cross-sectional area or an almost arbitrarily predetermined cross-sectional area, whereby other transmission modes of the microwaves can be favored compared to a hollow-cylindrical waveguide. The plasma torch tip can advantageously be arranged concentrically to the surrounding waveguide in many applications. However, it is also conceivable that the plasma torch tip is arranged at a distance to a center axis of the surrounding waveguide or in a different orientation to the center axis and thereby provide advantages for the formed at the open end of the waveguide plasma jet.

Gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die mindestens eine radial nach außen vorspringende Rippe lamellenartig ausgebildet ist und längs einer radial außen verlaufenden Rippenkante abgerundet ist. Eine lamellenartige Formgebung ermöglicht sowohl eine vorteilhafte Oberflächenvergrößerung und dadurch begünstigte Kühlwirkung als auch eine günstige Beeinflussung der Strömung des Prozessgases um die Plasmabrennerspitze herum. Auch die abgerundete Formgebung der Rippenkante wirkt sich vorteilhaft auf die Eigenschaften der Plasmabrennerspitze und insbesondere auf das Zündverhalten aus, da sich die Anordnung und Formgebung der abgerundeten Rippe und insbesondere des Zündbereichs der Rippe bei einer thermisch bedingten Ausdehnung oder Lageveränderung der Plasmabrennerspitze relativ zu dem umgebenden Hohlleiter kaum verändert, sodass eventuelle Auswirkungen auf das Zündverhalten sehr gering sind. Auch die Impedanz der Anordnung der Plasmabrennerspitze innerhalb des Hohlleiters verändert sich während des Betriebs bei abgerundeten Rippenkanten weniger ausgeprägt.According to one embodiment of the inventive concept it is provided that the at least one radially outwardly projecting rib is lamellar and is rounded along a radially outwardly extending rib edge. A lamellar shaping allows both an advantageous surface enlargement and thereby favorable cooling effect as well as a favorable influence on the flow of the process gas around the plasma torch tip around. The rounded shape of the rib edge has an advantageous effect on the properties of the plasma torch tip and in particular on the ignition behavior, since the arrangement and shaping of the rounded rib and in particular the firing range of the rib in a thermally induced expansion or change in position of the plasma torch tip relative to the surrounding waveguide hardly changed, so that any effects on the ignition behavior are very low. The impedance of the arrangement of the plasma torch tip within the waveguide changes less pronounced during operation at rounded rib edges.

Im Hinblick auf eine vorteilhafte Formgebung des Zündbereichs innerhalb der Rippe ist vorgesehen, dass eine radiale Erstreckung der mindestens eine Rippe in einem Abstand zu dem Kuppenbereich am größten ist und längs der Mittenachse zu ihren Endbereichen hin abnimmt. Der Bereich der größten radialen Erstreckung bildet üblicherweise den Zündbereich, der jedoch durch die allmähliche Abnahme der radialen Erstreckung nicht präzise definiert und eng begrenzt vorgegeben ist, sondern sich über einen axialen Bereich parallel zu der Mittenachse hinweg erstreckt. Dadurch wird ebenfalls das Zündverhalten vorteilhaft beeinflusst und ein gleichmäßiges und zuverlässiges Zündverhalten begünstigt.With regard to an advantageous shaping of the ignition region within the rib, provision is made for a radial extension of the at least one rib to be greatest at a distance from the tip region and to decrease toward the end regions along the center axis. The area of greatest radial extent usually forms the firing range, which, however, is not precisely defined and narrowly predetermined by the gradual decrease of the radial extent, but extends over an axial area parallel to the center axis. As a result, the ignition behavior is also favorably influenced and favors a uniform and reliable ignition behavior.

In vorteilhafter Weise ist optional vorgesehen, dass die Plasmabrennerspitze in dem Sockelbereich einen rotationssymmetrischen Grundkörper aufweist, an welchem in Umfangsrichtung beabstandet zueinander mehrere nach außen vorspringende und sich längs der Mittenachse erstreckende Rippen angeordnet sind. So können beispielsweise zwei, drei oder vier Rippen in Umfangsrichtung verteilt an dem Sockelbereich angeordnet oder ausgebildet sein, um eine vorteilhafte Vergrößerung der Oberfläche und eine dadurch verstärkte Kühlwirkung durch das den Sockelbereich umströmende Prozessgas zu bewirken. Die mehreren Rippen können dabei in Umfangsrichtung mit einem regelmäßigen Abstand zueinander oder aber in einem individuell oder unregelmäßig vorgegebenen Abstand zueinander angeordnet sein.In an advantageous manner, it is optionally provided that the plasma torch tip in the base region has a rotationally symmetrical base body, on which a plurality of outwardly projecting ribs extending along the center axis are arranged spaced apart in the circumferential direction. Thus, for example, two, three or four ribs distributed in the circumferential direction can be arranged or formed on the base region in order to bring about an advantageous enlargement of the surface and a thereby enhanced cooling effect by the process gas flowing around the base region. The plurality of ribs can be arranged in the circumferential direction at a regular distance from each other or in an individually or irregularly predetermined distance from each other.

Es hat sich gezeigt, dass eine besonders vorteilhafte Kühlwirkung dadurch ermöglicht werden kann, dass in Umfangsrichtung mehr als vier, vorzugsweise mehr als sechs und besonders bevorzugt mehr als acht radial vorspringende Rippen angeordnet sind. Die einzelnen Rippen ragen dabei zweckmäßigerweise jeweils in radialer Richtung von der Mittenachse abstehend nach außen.It has been found that a particularly advantageous cooling effect can be made possible by the fact that more than four, preferably more than six, and more preferably more than eight, radially projecting ribs are arranged in the circumferential direction. The individual ribs expediently project in each case in the radial direction from the center axis projecting outwards.

Es ist ebenfalls möglich, dass unabhängig von der Anzahl der an dem Sockelbereich angeordneten oder ausgebildeten Rippen die Rippen in radialer Richtung einen mindestens abschnittsweise gekrümmten Verlauf aufweisen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass an einer Rippe oder an mehreren Rippen Verzweigungen oder seitlich abstehende Zungen oder flügelartige Ausformungen ausgebildet sind, durch welche die Kühlwirkung zusätzlich erhöht werden kann. Zudem kann dadurch auch ein Strömungsverlauf des während des Betriebs die Plasmabrennerspitze umströmenden Prozessgases vorteilhaft beeinflusst werden.It is likewise possible that, irrespective of the number of ribs arranged or formed on the base region, the ribs have an at least sectionally curved course in the radial direction. Alternatively or additionally, it can be provided that branches or laterally projecting tongues or wing-like formations are formed on one or more ribs, by means of which the cooling effect can be additionally increased. In addition, a flow profile of the process gas flowing around the plasma burner tip during operation can thereby also be advantageously influenced.

Um die Kühlwirkung zusätzlich zu erhöhen ist erfindungsgemäß optional vorgesehen, dass in der Plasmabrennerspitze mindestens ein in dem Kuppenbereich nach außen führender Strömungskanal angeordnet ist. Durch diesen Strömungskanal kann entweder ein Anteil des Prozessgases oder ein gesondertes Kühlfluid hindurchströmen und dadurch den Kuppenbereich zumindest in der Umgebung des Strömungskanals kühlen. In vielen Fällen wird durch die Aufteilung des zu dem offenen Ende des Hohlleiters strömenden Prozessgases in einen ersten Anteil, der die Plasmabrennerspitze umströmt, und in einen zweiten Anteil, der durch den mindestens einen Strömungskanal die Plasmabrennerspitze durchströmt, bereits eine verstärkte Kühlwirkung erreicht, da das zunächst kühle Prozessgas eine größere Oberfläche der Plasmabrennerspitze umströmt. Weiterhin ist das durch den Strömungskanal hindurch strömende Prozessgas oder das Kühlfluid durch das den Strömungskanal umgebende Material von der während des Betriebs oftmals sehr heißen Umgebung abgeschirmt, sodass das nicht durch die Umgebung aufgeheizte Prozessgas oder Kühlfluid eine besonders vorteilhafte Kühlwirkung für das den Strömungskanal umgebende Material entfalten kann. Durch die Verwendung eines gesonderten Kühlfluids kann beispielsweise mit einem kostengünstigen Kühlmittel eine zusätzliche Kühlwirkung erzeugt werden. Zudem muss bei der Verwendung eines gesonderten Kühlfluids die Zufuhr des Prozessgases, beispielsweise dessen Menge und Strömungsgeschwindigkeit, nur an die gewünschte Ausbildung des Plasmastrahls angepasst werden, ohne dadurch Beschränkungen für die gleichzeitig angestrebte Kühlwirkung vorzugeben, die maßgeblich durch das gesonderte Kühlfluid beeinflusst wird.In order to additionally increase the cooling effect, it is optionally provided according to the invention that at least one flow channel leading outwards in the tip region is arranged in the plasma jet tip. Through this flow channel, either a portion of the process gas or a separate cooling fluid can flow and thereby at least in the vicinity of the dome area Cool the flow channel. In many cases, by dividing the process gas flowing to the open end of the waveguide into a first portion, which flows around the plasma torch tip, and into a second portion, which flows through the plasma torch tip through the at least one flow channel, already achieved an increased cooling effect, as the initially cool process gas flows around a larger surface of the plasma torch tip. Furthermore, the process gas or the cooling fluid flowing through the flow channel is shielded by the material surrounding the flow channel from the often very hot during operation, so that the not heated by the environment process gas or cooling fluid develop a particularly advantageous cooling effect for the material surrounding the flow channel can. By using a separate cooling fluid, for example, with an inexpensive coolant, an additional cooling effect can be generated. In addition, when using a separate cooling fluid, the supply of the process gas, such as the amount and flow rate, only to the desired formation of the plasma jet to be adjusted without thereby specifying restrictions on the simultaneously desired cooling effect, which is significantly influenced by the separate cooling fluid.

Gemäß einer optionalen Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass mehrere Strömungskanäle in Umfangsrichtung beabstandet zueinander in der Plasmabrennerspitze angeordnet sind. Durch die Anordnung mehrerer Strömungskanäle kann der von dem Prozessgas oder einem Kühlfluid angeströmte und dadurch gekühlte Oberflächenbereich der Plasmabrennerspitze erheblich vergrößert werden. Die durch die mehreren Strömungskanäle bewirkte Kühlwirkung kann in einfacher Weise über die Plasmabrennerspitze verteilt werden.According to an optional embodiment of the inventive concept, it is provided that a plurality of flow channels are arranged in the circumferential direction at a distance from one another in the plasma torch tip. By arranging a plurality of flow channels, the surface area of the plasma jet tip that has been flown by the process gas or a cooling fluid and thus cooled can be considerably increased. The cooling effect caused by the multiple flow channels can be easily distributed over the plasma torch tip.

Einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass der mindestens eine Strömungskanal in dem Kuppenbereich so ausgebildet ist, dass eine aus dem Strömungskanal austretende Fluidströmung eine Hauptströmungsrichtung aufweist, die einen von 0° bzw. von 180° abweichenden Winkel zu der Mittenachse aufweist. Durch die Ausrichtung des Strömungskanals im Bereich der Mündung in dem Kuppenbereich kann während des Betriebs die räumliche Ausbildung des aus dem offenen Ende des Hohlleiters austretenden Plasmastrahls beeinflusst werden. Weiterhin kann auch der räumliche Bereich beeinflusst werden, innerhalb dessen das Plasma an dem Kuppenbereich angrenzt, bzw. der Plasmastrahl an eine Oberfläche des Kuppenbereichs heranragt. Durch eine geeignete Strömungszuführung des Prozessgases oder des Kühlfluids in einen an die Oberfläche des Kuppenbereichs angrenzenden Bereich kann erreicht werden, dass die unerwünschten Auswirkungen des sehr heißen Plasmas auf einen räumlich eng begrenzten Oberflächen des Kuppenbereichs beschränkt bleiben.According to a particularly advantageous embodiment of the inventive idea, it is provided that the at least one flow channel is formed in the tip region such that a fluid flow emerging from the flow channel has a main flow direction which has an angle deviating from 0 ° or 180 ° to the center axis. By aligning the flow channel in the region of the orifice in the crest region, the spatial configuration of the plasma jet emerging from the open end of the waveguide can be influenced during operation. Furthermore, it is also possible to influence the spatial area within which the plasma adjoins the crest area, or the plasma jet projects to a surface of the crest area. By means of a suitable flow supply of the process gas or of the cooling fluid into an area adjoining the surface of the crest area, it can be achieved that the undesired effects of the very hot plasma are limited to a spatially narrowly limited surface of the crest area.

Es hat sich gezeigt, dass es im Hinblick auf eine möglichst effektive Kühlung der Plasmabrennerspitze vorteilhaft ist, dass eine von dem mindestens einen Strömungskanal und gegebenenfalls von mehreren Strömungskanälen gebildete Öffnungsfläche in dem Kuppenbereich im Verhältnis zu einer quer zu der Mittenachse verlaufenden Querschnittsfläche der Plasmabrennerspitze in dem Kuppenbereich größer als 20 %, vorzugsweise größer als 30 % und besonders bevorzugt größer als 40% ist.It has been found that it is advantageous in terms of cooling the plasma torch tip as effectively as possible that an opening area formed by the at least one flow channel and optionally by a plurality of flow channels in the tip area in relation to a transverse to the central axis cross-sectional area of the plasma torch tip in the Hill region greater than 20%, preferably greater than 30% and particularly preferably greater than 40%.

Nachfolgend werden exemplarische Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt:

1 eine schematische Seitenansicht einer Plasmabrennerspitze, die in einem Bereich eines offenen Endes eines die Plasmabrennerspitze umgebenden und in geschnittener Ansicht dargestellten Hohlleiters angeordnet ist,
2 eine schematische Schnittansicht der in 1 gezeigten Plasmabrennerspitze,
3 eine schematische Stirnansicht der in den 1 und 2 dargestellten Plasmabrennerspitze,
4 eine schematische Stirnansicht einer abweichend ausgestalteten Plasmabrennerspitze in einer zu 3 vergleichbaren Stirnansicht, und
5 eine schematische Seitenansicht einer wiederum abweichend ausgestalteten Plasmabrennerspitze.

Hereinafter, exemplary embodiments of the inventive concept will be explained with reference to the embodiments illustrated in the drawings. It shows:

1 3 is a schematic side view of a plasma torch tip arranged in an area of an open end of a waveguide surrounding the plasma torch tip and shown in a sectioned view;
2 a schematic sectional view of in 1 shown plasma torch tip,
3 a schematic end view of the in the 1 and 2 illustrated plasma torch tip,
4 a schematic end view of a differently designed plasma torch tip in a zu 3 comparable front view, and
5 a schematic side view of a turn differently designed plasma torch tip.

In den 1, 2 und 3 ist eine Plasmabrennerspitze 1 dargestellt, die in einem die Plasmabrennerspitze 1 umgebenden Hohlleiter 2 in einem Bereich an einem offenen Ende 3 des Hohlleiters 2 angeordnet ist. Die Plasmabrennerspitze 1 erstreckt sich längs einer Mittenachse 4, die in axialer Richtung mit einer Rotationsachse des umgebenden rohrförmigen Hohlleiters 2 zusammenfällt. Die Plasmabrennerspitze 1 weist an einem ersten Ende 5 einen Sockelbereich 6 auf, der an einem dem ersten Ende 5 gegenüberliegenden Ende 7 in einen sich verjüngenden Kuppenbereich 8 übergeht. Der Kuppenbereich 8 mündet in einer Kuppenspitze 9, die in einer Öffnungsebene des offenen Endes 3 des Hohlleiters 2 endet. Die Kuppenspitze 9 könnte auch weiter innen in dem Hohlleiter 2 angeordnet sein oder weiter nach außen über das offene Ende 3 des Hohlleiters 2 vorspringen.In the 1 . 2 and 3 is a plasma torch tip 1 shown in a the plasma burner tip 1 surrounding waveguide 2 in an area at an open end 3 of the waveguide 2 is arranged. The plasma torch tip 1 extends along a central axis 4 in the axial direction with an axis of rotation of the surrounding tubular waveguide 2 coincides. The plasma torch tip 1 indicates at a first end 5 a pedestal area 6 on, at one the first end 5 opposite end 7 into a tapering crest area 8th passes. The hilltop area 8th flows into a cup top 9 located in an opening plane of the open end 3 of the waveguide 2 ends. The top of the cupola 9 could also be further inside the waveguide 2 be arranged or farther out over the open end 3 of the waveguide 2 protrude.

In dem Sockelbereich 6 sind in Umfangsrichtung in gleichmäßigen Abständen zueinander sechs sich längs der Mittenachse 4 erstreckende quer zur der Mittenachse 4 und damit radial nach außen vorspringende Rippen 10 angeordnet. Jede Rippe 10 weist in einem mittleren Bereich 11 in dem Sockelbereich 6 und in einem Abstand zu dem Kuppenbereich 8 eine größte radiale Erstreckung auf. Von dem mittleren Bereich 11 ausgehend wird die radiale Erstreckung der Rippe 10 jeweils geringer und geht an ihren beiden entgegengesetzten Enden 12, 13 kontinuierlich in den Sockelbereich 6 mit einer zylindrischen Umfangsfläche über. Jede Rippe 10 ist lamellenartig ausgebildet und weist längs ihrer radial außen verlaufenden Rippenkante 14 eine auch in Umfangsrichtung abgerundete Formgebung auf. In the pedestal area 6 are in the circumferential direction at regular intervals to each other six along the center axis 4 extending transversely to the center axis 4 and thus radially outwardly projecting ribs 10 arranged. Every rib 10 points in a middle area 11 in the pedestal area 6 and at a distance to the crest area 8th a largest radial extent. From the middle area 11 starting from the radial extension of the rib 10 each lower and goes to its two opposite ends 12 . 13 continuously in the base area 6 with a cylindrical peripheral surface over. Every rib 10 is formed lamellar and has along its radially outwardly extending rib edge 14 a rounded shape in the circumferential direction.

Zwischen der Plasmabrennerspitze 1 und dem umgebenden Hohlleiter 2 strömt ein Prozessgas durch den Hohlleiter 2, welches an dem offenen Ende 3 des Hohlleiters 2 mit einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit austritt. In den Hohlleiter 2 werden in einem von dem offenen Ende 3 beabstandeten und in den 1 und 2 nicht dargestellten Abschnitt Mikrowellen eingekoppelt, die sich längs der Mittenachse 4 entlang des Hohlleiters 2 zu dessen offenen Ende 3 hin ausbreiten. Durch die Mikrowellen wird dem offenen Ende 3 des Hohlleiters 2 Energie zugeführt.Between the plasma torch tip 1 and the surrounding waveguide 2 a process gas flows through the waveguide 2 which is at the open end 3 of the waveguide 2 exits at a predetermined flow rate. In the waveguide 2 be in one of the open end 3 spaced and in the 1 and 2 not shown section coupled microwaves, which are along the center axis 4 along the waveguide 2 to its open end 3 spread out. By the microwaves becomes the open end 3 of the waveguide 2 Energy supplied.

Durch eine vorgegebene elektrische Potentialdifferenz, bzw. durch eine geeignet vorgegebene Zündspannung zwischen der Plasmabrennerspitze 1 und dem umgebenden Hohlleiter 2 wird in einem mittleren Bereich 11 einer der Rippen 10 ein initialer Zündfunken erzeugt, durch den in dem ausströmenden Prozessgas ein Plasma erzeugt wird. Durch die über die Mikrowellen bewirkte Energiezufuhr kann das Plasma selbsterhaltend sein, sodass nach der Erzeugung des initialen Zündfunkens die dadurch begonnene Plasmaerzeugung kontinuierlich beibehalten wird. Das mit dem ausströmenden Prozessgas aus dem offenen Ende 3 des Hohlleiters 2 austretende Plasma bildet einen fackelartigen Plasmastrahl 15. Der Plasmastrahl 15 berührt bzw. umgibt im Bereich der Kuppenspitze 9 den Kuppenbereich 8 der Plasmabrennerspitze 1. Auf Grund der sehr heißen Temperatur des Plasmastrahls 15 von bis zu mehreren 1000 Grad Celsius kann das Material des Kuppenbereichs 8 im Bereich um die Kuppenspitze 9 beschädigt oder vollständig abgetragen werden.By a predetermined electrical potential difference, or by a suitably predetermined ignition voltage between the plasma torch tip 1 and the surrounding waveguide 2 is in a middle range 11 one of the ribs 10 generates an initial spark, through which a plasma is generated in the outflowing process gas. Due to the energy supply caused by the microwaves, the plasma can be self-sustaining, so that after the generation of the initial spark, the plasma generation thus begun is continuously maintained. That with the effluent process gas from the open end 3 of the waveguide 2 exiting plasma forms a torch-like plasma jet 15 , The plasma jet 15 touches or surrounds in the area of the top of the cupola 9 the crest area 8th the plasma burner tip 1 , Due to the very hot temperature of the plasma jet 15 from up to several 1000 degrees Celsius can be the material of the dome area 8th in the area around the top of the cupola 9 damaged or completely removed.

Dies hat jedoch keine oder lediglich sehr geringe Auswirkungen auf den Zündvorgang und auf die Erzeugung des initialen Zündfunkens, der beabstandet von der Kuppenspitze 9 im mittleren Bereich 11 der größten radialen Erstreckung der Rippe 10 zwischen der Rippe 10 und dem unmittelbar benachbarten Bereich des umgebenden Hohlleiters 2 erzeugt wird. Auf diese Weise ist der Zündbereich dieser Plasmabrennerspitze 1 beabstandet von dem offenen Ende 3 von der Umgebung geschützt angeordnet und beabstandet von dem heißen Plasmastrahl 15, der wegen seiner heißen Temperatur über eine längere Betriebsdauer hinweg die Kuppenspitze 9 in dem Kuppenbereich 8 in unerwünschter Weise verändern kann. Auf den mittleren Bereich 11 der Rippe 10 wirkt sich der Plasmastrahl 15 auf Grund des Abstands zu dem mittleren Bereich 11 nicht merklich aus und kann deshalb auch bei einer langen Nutzungsdauer das Zündverhalten der Plasmabrennerspitze 1 nicht nachteilig beeinflussen.However, this has no or only very little effect on the ignition process and on the generation of the initial spark, which is spaced from the tip of the cup 9 in the middle area 11 the largest radial extent of the rib 10 between the rib 10 and the immediately adjacent region of the surrounding waveguide 2 is produced. In this way, the firing range of this plasma torch tip is 1 spaced from the open end 3 Protected from the environment and spaced from the hot plasma jet 15 , because of its hot temperature over a longer period of operation, the top of the cup 9 in the hilltop area 8th can change in an undesirable way. On the middle area 11 the rib 10 affects the plasma jet 15 due to the distance to the middle area 11 Not noticeable and can therefore even with a long service life, the ignition behavior of the plasma torch tip 1 not adversely affect.

Die Rippen 10 begünstigen eine Wärmeabstrahlung der sich durch den Plasmastrahl 15 erwärmenden Plasmabrennerspitze. Das Prozessgas, beispielsweise Argon, umströmt die Plasmabrennerspitze 1 und bewirkt dadurch eine Kühlung der Plasmabrennerspitze 1, die von dem heißen Plasmastrahl 15 erwärmt wird. Das kühlende Prozessgas umströmt dabei auch die lamellenartig ausgebildeten und längs der Mittenachse 4 ausgerichteten Rippen 10, die durch die im Vergleich zu einer zylinderförmigen Mantelfläche des Sockelbereichs 6 erheblich vergrößerte Oberfläche die Wärmeabstrahlung und den Wärmeübertrag in das vorbeiströmende Prozessgas begünstigen und erheblich vergrößern. Dabei wird die Kühlwirkung durch eine große Anzahl von Rippen 10 und durch eine möglichst große Oberfläche der einzelnen Rippen 10 begünstigt. Zudem sind der Sockelbereich 6 und die Rippen 10 in vorteilhafter Weise aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, um die in dem Kuppenbereich 8 durch den Plasmastrahl 15 auf die Plasmabrennerspitze 1 übertragene Wärme rasch und effektiv verteilen und über die große Oberfläche an das vorbeiströmende Prozessgas abgeben zu können.Ribs 10 favor a heat radiation through the plasma jet 15 warming plasma torch tip. The process gas, such as argon, flows around the plasma torch tip 1 and thereby causes cooling of the plasma torch tip 1 that from the hot plasma jet 15 is heated. The cooling process gas flows around the lamellar and along the center axis 4 aligned ribs 10 that by compared to a cylindrical shell surface of the base area 6 significantly increased surface heat dissipation and heat transfer in the flowing process gas favor and significantly increase. The cooling effect is due to a large number of ribs 10 and by the largest possible surface of the individual ribs 10 favored. In addition, the base area 6 and the ribs 10 advantageously of a material with a high thermal conductivity, around those in the crest area 8th through the plasma jet 15 on the plasma burner tip 1 Distribute transferred heat quickly and effectively and be able to deliver over the large surface of the passing process gas.

Zusätzlich sind in einem Innenraum der Plasmabrennerspitze 1 mehrere Strömungskanäle 16 angeordnet, die sich ausgehend von dem Sockelbereich 6 durch den Kuppenbereich 8 hindurch erstrecken und in Öffnungen 17 münden, die sich in der Nähe der Kuppenspitze 9 befinden. Durch die Strömungskanäle 16 strömt ein Anteil des insgesamt durch den Hohlleiter 2 strömenden Prozessgases hindurch und bewirkt eine zusätzliche Kühlung der Plasmabrennerspitze 1 insbesondere in dem Kuppenbereich 8 und um die Kuppenspitze 9 herum. Der Verlauf der Strömungskanäle 16 in dem Kuppenbereich 8 und insbesondere unmittelbar vor der Mündung in die Öffnungen 17 kann derart vorgegeben werden, dass die dadurch erzeugten Stömungsverhältnisse des hindurchströmenden Prozessgases unmittelbar nach dem Austritt aus dem Kuppenbereich 8 der Plasmabrennerspitze 1 günstig für die Ausbildung des Plasmastrahls 15 sind.In addition, in an interior of the plasma torch tip 1 several flow channels 16 arranged, extending from the base area 6 through the crest area 8th extend through and in openings 17 flow into the vicinity of the top of the cupola 9 are located. Through the flow channels 16 a portion of the total flows through the waveguide 2 flowing process gas and causes additional cooling of the plasma torch tip 1 especially in the crest area 8th and around the top of the cupola 9 around. The course of the flow channels 16 in the hilltop area 8th and in particular immediately before the mouth into the openings 17 can be specified such that the flow conditions generated thereby flowing through the process gas immediately after the exit from the tip area 8th the plasma burner tip 1 favorable for the formation of the plasma jet 15 are.

Die Anzahl oder ein jeweiliger Durchmesser der Strömungskanäle 16 können beispielsweise in Abhängigkeit von dem Durchmesser der Plasmabrennerspitze 1 in dem Kuppenbereich 8 oder in Abhängigkeit von der angestrebten Kühlwirkung vorgegeben werden. Es hat sich gezeigt, dass eine möglichst große Öffnungsfläche, welche die Summe der Flächen aller einzelnen Öffnungen 17 der Strömungskanäle 16 in dem Kuppenbereich 8 ist, für eine große Kühlwirkung vorteilhaft ist. Durch eine sich vor dem Austritt durch die Öffnungen 17 entweder vergrößernde oder verkleinernde Querschnittsfläche der einzelnen Strömungskanäle 16 kann zusätzlich die Strömungsgeschwindigkeit des aus den einzelnen Strömungskanälen 16 austretenden Prozessgases beeinflusst und beispielsweise für die Ausbildung des Plasmastrahls vorteilhaft vorgegeben werden.The number or a respective diameter of the flow channels 16 can for example, depending on the diameter of the plasma torch tip 1 in the hilltop area 8th or be predetermined depending on the desired cooling effect. It has been shown that the largest possible opening area, which is the sum of the areas of all individual openings 17 the flow channels 16 in the hilltop area 8th is advantageous for a great cooling effect. By one before the exit through the openings 17 either increasing or decreasing cross-sectional area of the individual flow channels 16 In addition, the flow velocity of the individual flow channels 16 exiting process gas influenced and advantageously given for example for the formation of the plasma jet.

In 4 ist eine Stirnansicht einer abweichend ausgestalteten Plasmabrennerspitze 1 dargestellt. Die Rippen 10 weisen in radialer Richtung eine Krümmung auf, sodass Enden 18 der Rippen 10 nicht radial abstehend ausgerichtet sind, sondern in Umfangsrichtung ausgerichtet und nahezu tangential zu einer Oberfläche eines nicht dargestellten umgebenden zylinderförmigen Hohlleiter 2 ausgerichtet sind. Anstelle von sechs Rippen 10 sind lediglich vier Rippen 10 ausgebildet. Auch die Anzahl und die Öffnungsfläche der Strömungskanäle 16 ist unterschiedlich zu dem in den 1 bis 3 exemplarisch dargestellten Ausführungsbeispiel ausgestaltet.In 4 is an end view of a differently designed plasma torch tip 1 shown. Ribs 10 have a curvature in the radial direction, so that ends 18 the ribs 10 are not aligned radially projecting, but aligned in the circumferential direction and almost tangential to a surface of a not shown surrounding cylindrical waveguide 2 are aligned. Instead of six ribs 10 are only four ribs 10 educated. Also the number and the opening area of the flow channels 16 is different to that in the 1 to 3 exemplary embodiment shown configured.

Bei einem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel einer wiederum abweichend ausgestalteten Plasmabrennerspitze 1 sind die einzelnen Rippen 10 in Längsrichtung nicht längs der Mittenachse 4 ausgerichtet, sondern weisen einen Winkel von etwa 10 Grad relativ zu der Mittenachse 4 auf. Dadurch wird in dem außen an der Plasmabrennerspitze 1 vorbeiströmenden Prozessgas ein Drall erzeugt, der sich vorteilhaft auf die Ausbildung des Plasmastrahls 15 auswirken kann. Zudem wird durch die verstärkte Anströmung der Rippen 10 eine verstärkte Kühlwirkung ermöglicht.At an in 5 illustrated embodiment of a turn differently designed plasma torch tip 1 are the individual ribs 10 longitudinally not along the center axis 4 but have an angle of about 10 degrees relative to the center axis 4 on. This will be in the outside of the plasma torch tip 1 By-passing process gas generates a spin, which is beneficial to the formation of the plasma jet 15 can affect. In addition, by the increased flow of the ribs 10 allows an increased cooling effect.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 5565118 A [0005, 0006]
US 4611108 [0006]
DE 19814812 C2 [0006]

Claims

A plasma torch tip (1) for a plasma torch in which microwaves are coupled into a waveguide (2) in which the plasma torch tip (1) is formed at an open end (3) of the waveguide (2) in the waveguide (2) surrounding the plasma torch tip (1) ) is arranged, during which a process gas is passed through the waveguide (2) during operation, the plasma torch tip (1) flows around and at the open end (3) of the waveguide (2) flows out of the waveguide (2), and wherein during the operation between the plasma torch tip (1) and the surrounding waveguide (2) in a at the open end (3) emerging from the waveguide (2) process gas is generated by the microwaves, characterized in that the plasma torch tip (1) along a central axis (4) at a first end (5) has a base region (6) which merges into a tip region (8) tapering at the opposite second end (7), wherein in the base region (6 ) at least one transverse to the central axis (4) radially outwardly projecting rib (10) is arranged.

Plasma torch tip (1) after Claim 1 , characterized in that the at least one radially outwardly projecting rib (10) is lamellar and along a radially outwardly extending rib edge (14) is rounded.

Plasma torch tip (1) after Claim 1 or Claim 2 characterized in that a radial extent of the at least one rib (10) is greatest at a distance to the tip area (8) and decreases along its center axis (4) towards its end portions (12, 13).

Plasma torch tip (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the plasma torch tip (1) in the base region (6) has a rotationally symmetrical base body on which in the circumferential direction spaced apart a plurality of outwardly projecting and along the central axis (4) extending ribs (10) are arranged.

Plasma torch tip (1) according to one of the preceding claims, characterized in that in the circumferential direction more than four, preferably more than six and more preferably more than eight radially projecting ribs (10) are arranged.

Plasma torch tip (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that in the plasma torch tip (1) at least one in the tip region (8) leading outward flow channel (16) is arranged.

Plasma torch tip (1) after Claim 6 , characterized in that a plurality of flow channels (16) in the circumferential direction spaced from each other in the plasma torch tip (1) are arranged.

Plasma torch tip (1) after Claim 7 or 8th , characterized in that the at least one flow channel (16) in the tip region (8) is formed such that a fluid flow exiting from the flow channel (16) has a main flow direction which has an angle other than 0 ° and 180 °, respectively Center axis (4).

Plasma torch tip (1) according to one of the preceding claims, characterized in that an opening surface formed by the at least one flow channel (16) and optionally by a plurality of flow channels (16) in the tip region (8) in relation to a transverse to the center axis (4) extending cross-sectional area of the plasma torch tip (1) in the tip region (8) is greater than 20%, preferably greater than 30% and particularly preferably greater than 40%.