DE1259481B - Plasma torch - Google Patents
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. Cl.:Int. Cl .:
B 23 kB 23 k
Deutsche KL: 21 h- 30/02-German KL: 9 p.m.- 30 / 02-
Nummer: 1259481 ' < 1 Number: 1259481 '< 1
Aktenzeichen: S 89158 VHI d/21 hFile number: S 89158 VHI d / 21 h
Anmeldetag: 21. Januar 1964Filing date: January 21, 1964
Auslegetag: 25. Januar 1968Opening day: January 25, 1968
Die Erfindung betrifft einen Plasmabrenner mit einer Kammer, in welche ein Gas unter einem einstellbaren Druck eingeführt werden kann, und mit einem Induktionskreis, der um diese Kammer herum durch eine Primärwicklung und eine einschleifige Sekundärwicklung gebildet wirdj wobei diese einschleifige Sekundärwicklung aus einem metallischen Hohlzylinder besteht, der durch einen radialen Spalt längs einer Erzeugenden vollständig unterbrochen ist und der in seinem die Flamme umgebenden Abschnitt einen gekühlten, doppelwandigen, als Einschnürungsvorrichtung bezeichneten Ansatz aufweist, der durch den Spalt unterteilt ist.The invention relates to a plasma torch with a chamber into which a gas can be adjusted Pressure can be introduced and with an induction circuit that goes around this chamber is formed by a primary winding and a single-loop secondary winding, this single-loop Secondary winding consists of a metallic hollow cylinder, which is passed through a radial gap is completely interrupted along a generatrix and in its section surrounding the flame has a cooled, double-walled approach called a constriction device, which is divided by the gap.
Es ist bereits ein Hochfrequenz-Plasmabrenner bekannt, bei dem Einrichtungen vorgesehen sind, um die durch die induzierten Hochfrequenzströme erzeugte Erhitzung zu erhöhen, wobei dies mittels eines Gleichstromes oder eines Netz-Wechselstromes erfolgt, welcher durch das Plasma in Strömungsrichtung des Gases hindurchgeleitet wird. A high-frequency plasma torch is already known in which devices are provided to to increase the heating generated by the induced high frequency currents, this by means of a direct current or a mains alternating current takes place, which is passed through the plasma in the direction of flow of the gas.
Bei diesem Verfahren durchsetzt der Strom das Plasma in der Achse der Entladungskammer, und die Flamme ist, wie die ganze Entladungskammer, von einem Schutzmantel aus einem feuerfesten Oxyd oder aus einem anderen ähnlichen Material umgeben, wobei dieser Mantel gekühlt ist. Auf diesem Schutzmantel ist die Induktionsspule aufgewickelt. Eine derartige Anordnung ermöglicht die Verarbeitung sehr reiner Produkte. Das ionisierte Gas kommt niemals mit Körpern in Berührung, die das Gas verschmutzen können. Dieses Verfahren ist jedoch nur mit begrenzten Strömungsgeschwindigkeiten des Plasmas vereinbar, und ein Querschnitt der Entladungskammer muß groß genug sein, damit der Schutzmantel sich nicht zu schnell abnutzt.In this process, the current passes through the plasma in the axis of the discharge chamber, and the The flame, like the whole discharge chamber, is covered by a protective jacket made of a refractory oxide or surrounded by another similar material, this jacket being cooled. On this protective coat the induction coil is wound up. Such an arrangement enables processing very pure products. The ionized gas never comes into contact with bodies that pollute the gas can. However, this method is only possible with limited flow rates Plasmas compatible, and a cross-section of the discharge chamber must be large enough to accommodate the Protective sheath does not wear out too quickly.
Bei gewissen industriellen Anwendungen soll jedoch die Reinheit des Produktes nicht ebenso hoch sein, während die Geschwindigkeit des Plasmas und die Leistung des Induktionsstromes stark erhöht werden sollen. Der Induktor soll in Höhe der Flamme einen gedrosselten Teil aufweisen, um die Flamme einzuschnüren und um die Plasmaausströmung zu beschleunigen. Unter diesen Umständen ist es offensichtlich nicht mehr zweckmäßig, den Brenner mit einem Schutzmantel aus einem feuerfesten Oxyd zu umgeben, da dieser zu schnell verschleißt und da die Bearbeitung eines derartigen Schutzmantels wesentlich schwieriger ist als die eines metallischen Einsatzes.In certain industrial applications, however, the purity of the product should not be as high while the speed of the plasma and the power of the induction current are greatly increased should be. The inductor should have a throttled part at the level of the flame To constrict the flame and to accelerate the plasma outflow. Under these circumstances it is Obviously it is no longer practical to cover the burner with a protective jacket made of a fireproof one To surround oxide, since this wears out too quickly and since the machining of such a Protective jacket is much more difficult than that of a metallic insert.
Aus der französischen Patentschrift 1276 805 ist es bekannt, die Wärme eines Induktionsofens auf den zu behandelnden Gegenstand mit Hilfe eines PlasmabrennerFrom French patent specification 1276 805 is it is known to apply the heat of an induction furnace to the object to be treated with the help of a Plasma torch
Anmelder:Applicant:
Societe de Traitements Electrolytiques etSociete de Traitements Electrolytiques et
Electrothermiques, ParisElectrothermiques, Paris
Vertreter:Representative:
Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. rer. nat. G. HauserDipl.-Ing. E. Prince, Dr. rer. nat. G. Hauser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,and Dipl.-Ing. G. Leiser, patent attorneys,
8000 München-Pasing, Ernsbergerstr. 198000 Munich-Pasing, Ernsbergerstr. 19th
Als Erfinder benannt:
Jean Reboux, ParisNamed as inventor:
Jean Reboux, Paris
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
Frankreich vom 22. Januar 1963 (922 221)France of January 22, 1963 (922 221)
Hochfrequenztransformators zu konzentrieren, der eine Primärwicklung aufweist, die von einem Schutzmantel mit geringer Wandungsstärke getragen wird, der zwei konzentrische zylindrische Wandungen aus einem gut leitenden Metall umgibt, wobei jede längs einer Erzeugenden durch einen Spalt unterbrochen ist, der mit Isolätionsmaterial ausgelegt ist, und wobei diese Wandungen auf jeder Seite des Spaltes mittels einer radialen Wandimg elektrisch miteinander verbunden sind. Die äußere Wandung wird als Sekundärwindung bezeichnet, und die innere konzentrische Wandung bildet die Verdichtungswindung, welche die Hochfrequenzströme in Plasma induziert.Focus high-frequency transformer, which has a primary winding surrounded by a protective sheath is worn with low wall thickness, which surrounds two concentric cylindrical walls made of a highly conductive metal, each longitudinal a generating line is interrupted by a gap which is lined with insulating material, and wherein these walls on each side of the gap are electrically connected to one another by means of a radial wall are connected. The outer wall is called the secondary turn, and the inner one concentric wall forms the compression turn, which the high frequency currents in plasma induced.
Gemäß der Erfindung wird ein derartiger Einschnürungs- oder Ausrichtungsinduktor verwendet, der eine innere metallische Wandung aufweist, welche ohne isolierenden Schutzmantel die Flamme umgibt, um radial durch das Plasma einen Gleichstrom oder einen Netz-Wechselstrom hindurchzuleiten.According to the invention, such a constriction or alignment inductor having an inner metallic wall which Without an insulating protective jacket, the flame surrounds a direct current or radially through the plasma to pass a mains alternating current.
Erfindungsgemäß weisen der metallische Hohlzylinder und die Einschnürungsvorrichtung eine Anzahl von η zusätzlichen radialen Spalten auf, und η ist eine ganze Zahl, und die Anordnung ist derart, daß wenigstens ein Paar radial einander gegenüberliegender Spalte vorhanden ist, und ein Kreis verbindet die beiden Anschlüsse an den beiden einander gegenüberliegenden Teilen symmetrisch mit den Anschlüssen einer Gleichstromquelle oder einer Netz-Wechselstromquelle. According to the invention, the metallic hollow cylinder and the constriction device have a number of η additional radial gaps, and η is an integer, and the arrangement is such that there is at least one pair of radially opposite gaps, and a circle connects the two connections at the two opposite parts symmetrically with the connections of a direct current source or a mains alternating current source.
Mit Vorteil kann die Kammer eine rotationszylindrische Wandung aus einem feuerfesten Material aufweisen, und die Kammer kann am Ausgang eineThe chamber can advantageously have a rotationally cylindrical wall made of a refractory material have, and the chamber can at the exit one
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metallische Wandung aufweisen, die den gleichen 20, welche die Geschwindigkeit des Strahls steigert,have metallic wall, the same 20, which increases the speed of the jet,
Innendurchmesser hat wie die aus dem hitzebeständi- die Form einer langgestreckten Lanzenspitze an. DieLike that from the heat-resistant, the inner diameter has the shape of an elongated lance tip. the
gen Material, und die Wandung kann durch eine induzierten Ströme, die im Endteil der Entladungs-gen material, and the wall can be caused by an induced currents, which in the end part of the discharge
Innenauswölbung der Wandung des Hohlzylinders kammer 10 konzentriert sind, bewirken eine Vergebildet sein. Mit Vorteil können die Anschlüsse der 5 formung der Fackel 7. Die Breite des Plasmas ist amInner bulge of the wall of the hollow cylinder chamber 10 are concentrated, cause a distortion be. The connections of the 5 can advantageously form the torch 7. The width of the plasma is at
Stromquelle durch eine Selbstinduktion, die in Serie Abschnitt 71 am Ausgang der Kammer 10 amPower source by a self-induction, which is in series section 71 at the exit of the chamber 10 on
geschaltet ist, und durch einen Kondensator ge- größten.is switched, and largest by a capacitor.
schützt sein, wobei diese Teile eine Filterschaltung In F i g. 2 ist in Draufsicht ein Beispiel einer Einbilden. Es kann vorteilhaft sein, daß wenigstens ein schnürungsvorrichtung 20 dargestellt, die durch Paar radialer Spalte vorgesehen ist, die den Hohl- io radiale Spalte in zwei Halbschalen 21, 22 unterteilt zylinder und die Einschnürungsvorrichtung teilweise ist, wobei die Spalte einander gegenüberliegen, unterteilen. Der Primärstrom läuft in Richtung des Pfeils la be protected, these parts being a filter circuit In F i g. Fig. 2 is an example of imaging in plan view. It can be advantageous that at least one constriction device 20 is shown, which is provided by a pair of radial gaps which cylinder the hollow io radial column divided into two half-shells 21, 22 and the constriction device is partially, the gaps opposite each other, subdivide. The primary current runs in the direction of the arrow la
Die Erfindung soll unter Bezugnahme auf die und induziert einen entgegengesetzten Sekundär-The invention is intended with reference to and induces an opposite secondary
Figuren der Beschreibung näher erläutert werden. Es strom, der in der äußeren Oberfläche 20 α einer jedenFigures of the description are explained in more detail. It stream that in the outer surface 20 α of each
zeigt 15 Halbschale 21 und 22 durch den Pfeil 2 α dargestellt15 shows half-shell 21 and 22 represented by arrow 2 α
F i g. 1 eine Axialschnittansicht eines erfindungs- ist. Die radialen Wandungen 20 c, 20 d dieser Halbgemäßen Plasmabrenners, schalen 21, 22 schließen den elektrischen Kreis der F i g. 1 is an axial sectional view of an invention. The radial walls 20 c, 20 d of this semi-compliant plasma torch, shells 21, 22 close the electrical circuit of the
Fig. 2 den Verlauf der Ströme in einem Aus- Oberfläche 20a über die. Oberfläche der innerenFig. 2 shows the course of the currents in an out surface 20a over the. Surface of the inner
führungsbeispiel einer Einschnürungswindung mit Wandung 20 b. Die Ströme laufen durch diese Ober-management example of a constriction turn with wall 20 b. The currents run through these upper
einem Paar Spalte, und ao fläche in der Richtung hindurch, wie es durch dena pair of gaps, and ao face in the direction as it passes through the
F i g. 3 und 4 zeigen weitere Ausführungsbeispiele Pfeil 2 b angezeigt ist, und durch die radialen Wan-F i g. 3 and 4 show further exemplary embodiments arrow 2 b is indicated, and through the radial wall
mit mehreren Spalt-Paaren. düngen 20 c und 20 d in den Richtungen, wie es durchwith several gap pairs. fertilize 20 c and 20 d in the directions as indicated by
F i g. 1 zeigt in einem Axialschnitt den Be- die Pfeile 2 c und 2 d angezeigt ist.F i g. 1 shows in an axial section the arrows 2 c and 2 d are indicated.
schickungskopf eines Induktions-Plasmabrenners, der Die beiden Halbschalen 21 und 22 bilden zweisending head of an induction plasma torch, the two half-shells 21 and 22 form two
mit einem Einschnürinduktor gemäß der Erfindung 25 elektrisch voneinander isolierte Leiter, und es istwith a constricting inductor according to the invention 25 conductors electrically insulated from one another, and it is
ausgerüstet ist. möglich, diese Leiter an zwei Quellen von unter-is equipped. possible to connect this ladder to two sources from
Eine Primärwicklung 1 umgibt einen zylindrischen schiedlicher Spannung anzulegen, vorzugsweise anA primary winding 1 surrounds a cylindrical different voltage to be applied, preferably to
Leiter 2, dessen unterer Teil 20, der an der Unter- die Anschlüsse einer Gleichstromquelle oder an dieConductor 2, the lower part 20 of which is connected to the sub-terminals of a direct current source or to the
seite der Entladungskammer 10 angeordnet ist, Anschlüsse einer Netz-Wechselstromquelle 3, umside of the discharge chamber 10 is arranged, connections of a mains AC power source 3 to
doppelwandig ausgebildet ist und der durch das Um- 30 das ionisierte Gas mit einem Entladungsstrom zuIs double-walled and through the um- 30 the ionized gas with a discharge current
walzen einer Flüssigkeit 23 gekühlt ist. ' durchsetzen, der sich aus dieser Spannungsdifferenzrolling a liquid 23 is cooled. 'prevail from this voltage difference
Der Zylinder 2 ist längs einer Erzeugenden oder ergibt.The cylinder 2 is along a generatrix or yields.
mehreren Paaren von Erzeugenden geschlitzt (F i g. 2, Gemäß einem besonderen Ausführungsbeispiel derseveral pairs of generators are slotted (Fig. 2, according to a particular embodiment of the
3 und 4). Jeder Spalt ist mit einer dünnen Schicht Erfindung sind der Anschluß 31 der Halbschale 2t3 and 4). Each gap is covered with a thin layer of the invention are the terminal 31 of the half-shell 2t
aus einem Isolationsmaterial ausgelegt, beispielsweise 35 und der Anschluß 32 der Halbschale 22 mit dem.designed from an insulating material, for example 35 and the terminal 32 of the half-shell 22 with the.
mit einer Mica-Schicht. positiven und negativen Anschluß eines Gleichstrom-with a mica layer. positive and negative connection of a direct current
Die längs einer Erzeugenden elektrisch unter- generators 3 verbunden oder mit den AnschlüssenThe electrical sub-generator 3 is connected along a generating line or with the connections
brochene zylindrische Oberfläche bildet einen ein- eines Netz-Wechselstromgenerators 3.Broken cylindrical surface forms one of a mains alternator 3.
schleifigen Sekundärkreis, wobei die Wicklung 1 der Die Selbstinduktionen 33 und 34, die in Serie inloop secondary circuit, the winding 1 of the self-inductors 33 and 34, which are in series in
Primärkreis ist. Der Teil 20 wird als Einschnürungs- 40 die Speiseleitung eingeschaltet sind, und die Konden-Primary circuit is. The part 20 is used as a constriction 40 the feed line is switched on, and the condensate
teil bezeichnet. satoren 35 und 36 schützen den Generator 3 gegenpart designated. Sators 35 and 36 protect the generator 3 against
Die zylindrische Außenwandung 20 a der Ein- vom Brenner abgestrahlte Hochfrequenzströme undThe cylindrical outer wall 20 a of the high-frequency currents radiated from the burner and
schnürung 20 bildet die untere Verlängerung der ermöglichen eine Ausfilterung von Störfrequenzen,lacing 20 forms the lower extension of the allow a filtering out of interference frequencies,
Wandung des zylindrischen Leiters 2. Die ebenfalls die vom Generator 3 abgegeben werden und dieWall of the cylindrical conductor 2. Which are also output by the generator 3 and which
zylindrische und koaxial verlaufende Innenwandung 45 Schallerscheinungen und Ultraschallinterferenzen imcylindrical and coaxial inner wall 45 sound phenomena and ultrasonic interference in the
20 b der Einschnürung 20 weist einen Durchmesser Plasma hervorrufen können.20 b of the constriction 20 has a diameter that can cause plasma.
auf, der wesentlich kleiner ist als der der Wandung Die Fig. 3 und 4 zeigen weitere Ausführungs-which is much smaller than that of the wall. Figs. 3 and 4 show further embodiments
20 a. Diese beiden Wandungen bilden den eigent- beispiele der erfindungsgemäßen Einschnürungsvor-20 a. These two walls form the actual examples of the constriction device according to the invention
lichen Induktor. Über diesen Induktor ist ein Isola- richtung 20.common inductor. An insulating device 20 is located above this inductor.
tionsschutzmantel4 angeordnet, der aus einem feuer- 50 In Fig. 3 ist die Verdichtungs- oder Einschnüfesten Oxyd, beispielsweise aus Quarz, besteht. Dieser neigevorrichtung in vier Viertelschalen unterteilt, die Schutzmantel leitet und führt das Plasma, welches in elektrisch voneinander isoliert sind. Zwischen diesen die Kammer 10 eingeführt wird, und zwar über einen Viertelschalen können mittels einer Gleichspannung Zuleitungskanal 6, der in einer zylindrischen oder einer Netz-Wechselspannung Potential-Unter-Scheibe 5 angeordnet ist. 55 schiede ausgebildet werden.tion protection jacket4 arranged, which consists of a fire 50 In Fig. 3 is the compression or sniffing Oxide, for example made of quartz, consists. This tilting device is divided into four quarter shells, the Protective jacket conducts and guides the plasma, which are electrically isolated from each other. Between these the chamber 10 is introduced, over a quarter of the shells can by means of a DC voltage Supply channel 6, which is in a cylindrical or a mains alternating voltage potential sub-disk 5 is arranged. 55 differences can be formed.
Gegebenenfalls kann eine Elektrode 51, Vorzugs- Bei dem in F i g. 4 dargestellten Ausführungsweise eine Wolfram-Elektrode, die Scheibe 5 in der beispiel ist die Einschnürungsvorrichtung zwischen Mitte durchsetzen. Diese Elektrode wird zur Er- den Spalten, die vollständig die Einschnürungsvorregung der Ionisation zusammen mit einer nicht dar- richtung von der Außenwand bis zur Innenwandung gestellten anderen beweglichen Elektrode verwendet, 60 hin durchsetzen, mit Spalten ausgerüstet, die von die am Eingang 71 der Kammer 10 angeordnet ist. der Außenwandung ausgehen und die kurz vor der Die Elektrode 51 kann eine feine Axialbohrung auf- Innenwandung enden und/oder mit radialen Spalten, weisen, wodurch es möglich ist, in das Plasma in die von der inneren Wandung ausgehen und die die Form eines feinen Puders ein Auftragsmaterial ein- Außenwandung nicht erreichen, zugeben, mit welchem die gewünschte elektro- 65 Die zuletzt genannten Spalte unterteilen die Schalen thermische Behandlung durchgeführt werden soll. nicht in Unterabschnitte. Diese Spalte haben ledig-Optionally, an electrode 51, preferably the one shown in FIG. 4 embodiment shown a tungsten electrode, the disc 5 in the example is the constriction device between Enforce middle. This electrode is used to earth the columns, which completely pre-excite the constriction the ionization together with a non-display from the outer wall to the inner wall put another movable electrode used, 60 to enforce, equipped with columns that of which is arranged at the entrance 71 of the chamber 10. go out of the outer wall and the shortly before the The electrode 51 can end on a fine axial bore on the inner wall and / or with radial gaps, point, which makes it possible to emanate into the plasma in the inner wall and the the In the form of a fine powder, an application material cannot reach the outer wall, admit with which the desired electro- 65 The last-mentioned columns subdivide the shells thermal treatment should be carried out. not in subsections. These columns have only
Die Plasmafackel 7 nimmt durch die Einschnürung hch die Wirkung, den Strömungsweg der StrömeDue to the constriction, the plasma torch 7 increases the effect, the flow path of the currents
des Innnenquerschnitts der Einschnürungsvorrichtung längs der Oberfläche zu verlängern, und eine der-of the inner cross-section of the constriction device along the surface, and one of the
artige Spaltanordnung ist für bestimmte Anwendungszwecke vorteilhaft. In allen Fällen wird der Induktor durch eine einzige Windung großer Oberfläche gebildet, die eine geringe Impedanz hat.like gap arrangement is for certain uses advantageous. In all cases the inductor is made by a single turn of large surface which has a low impedance.
Durch die Erfindung ist es möglich, die Vorteile eines einschleifigen Konzentrationsinduktors, insbesondere bei Brennern großer Leistung, die mit verhältnismäßig kleinen Hochfrequenzspannungen arbeiten sollen, mit den Vorteilen der Überlagerung des Plasmas mit einem Gleichstrom oder mit einem Netz-Wechselstrom zu kombinieren.The invention makes it possible to take advantage of a single-loop concentration inductor, in particular in the case of high-power burners that work with relatively low high-frequency voltages should, with the advantages of superimposing the plasma with a direct current or with a Combine mains alternating current.
Diese Überlagerung erhöht beträchtlich die Maximaltemperatur des Plasmabrenners und insbesondere auch die Temperaturen, die in zahlreichen Gegenständen erhalten werden, die mit dem Brenner behandelt werden, und zwar durch eine Verformung des Plasmas, die durch die neue Einschnürungsvorrichtung erhalten wird, und zwar insbesondere am Ausgang der Entladungskammer.This superposition increases the maximum temperature of the plasma torch and in particular considerably also the temperatures obtained in numerous objects treated with the burner by a deformation of the plasma caused by the new constriction device is obtained, in particular at the exit of the discharge chamber.
2020th
Claims (4)
Französische Patentschriften Nr. 1276 805,Considered publications:
French patent specification No. 1276 805,
»Industrie-Anzeiger« (Essen), Jahrgang 84, Nr. 92U.S. Patent No. 3,024,350;
»Industrie-Anzeiger« (Essen), Volume 84, No. 92
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