DE1262473B

DE1262473B - Plasmabrenner

Info

Publication number: DE1262473B
Application number: DEC28182A
Authority: DE
Inventors: Rene Mattmuller
Original assignee: Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 1961-10-17
Filing date: 1962-10-15
Publication date: 1968-03-07
Also published as: FR1310632A; GB1019438A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B23k

Deutsche Kl.: 21h-30/01

Nummer: 1262473

Aktenzeichen: C 28182 VIII d/21h

Anmeldetag: 15. Oktober 1962

Auslegetag: 7. März 1968

Die Erfindung bezieht sich auf einen Plasmabrenner, dessen Kathodenträger am Ende buchsenförmig zur Aufnahme einer aus hochhitzebeständigem Metall bestehenden Elektrode erweitert ist.

Es ist bereits ein derartiger Plasmabrenner bekannt, siehe die USA.-Patentschrift 2 898 441, bei dem ein ein Plasma erzeugendes Gas in eine Anodendüse geleitet wird, die mit einer Kathode zusammenwirkt. Bei ausreichender Potentialdifferenz zwischen Kathode und Anodendüse zündet zwischen diesen beiden Teilen ein elektrischer Lichtbogen, der durch den Gasstrahl ausgeblasen und in die Länge gezogen wird, so daß eine Plasmaflamme entsteht, die sehr hohe Temperaturen annehmen kann. Dadurch wird die Kathode sehr stark erwärmt, so daß eine entsprechende Kühlung erforderlich ist, um eine vorzeitige Zerstörung der wertvollen Elektrode zu vermeiden.

Bei dem erwähnten bekannten Plasmabrenner wird die Kühlung dadurch erreicht, daß man Wasser um den Anodenraum leitet. Selbst wenn man die Abmessungen der Kammer zur Kühlung der Elektrode stark vergrößert, ist eine hinreichende Kühlung der Elektrode selbst hierdurch nicht möglich, wie die Erfahrung lehrt. Zwar umströmt in dem bekannten Falle das Gas einen Teil der Elektrode, wodurch diese eine gewisse Abkühlung erfährt, jedoch zeigt der erwähnte bekannte Kathodenträger mehrere ineinander geschobene Buchsen, von denen die Außenbuchse am Ende die Innenbuchse überragt, offenbar zu dem Zweck, den Kathodenträger vor der großen Wärmeentwicklung der Kathode zu schützen. Zwar ist es wichtig, daß dadurch die bekannte Außenbuchse nicht so stark erwärmt wird, als wenn sie in direktem Kontakt mit der Kathode stehen würde, aber die wertvolle Kathode wird hierdurch zu stark erwärmt und muß daher vorzeitig ausgewechselt werden.

Es ist weiter ein ähnlicher Lichtbogenbrenner bekann — siehe die britische Patentschrift 869 791 —, bei dem die Elektrode aber aus sich verbrauchendem Kupfer besteht, so daß sie zum Ausgleich des Verschleißes immer nachgeführt werden muß und auch vergleichsweise billig ist, so daß das Problem der Kühlung der Elektrode selbst nicht im Vordergrund steht. Diese bekannte Elektrode ist mit einer Elektrodenspitze versehen, deren Ende abgerundet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Plasmabrenner der eingangs erwähnten Art die aus hochhitzebeständigem Metall bestehende Kathode verstärkt zu kühlen, um deren Lebensdauer zu erhöhen.

Plasmabrenner

Anmelder:

Compagnie de Saint-Gobam,

Neuilly-sur-Seine (Frankreich)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. H. Bahr und Dipl.-Phys. E. Betzier,

Patentanwälte, 4690 Herne, Freiligrathstr. 19

Als Erfinder benannt:

Rene Mattmuller, Malakoff, Seine (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 17. Oktober 1961 (876187) - -

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ao besteht darin, daß der größte Teil der Kathode von der Buchse umfaßt ist und daß in der Umfläche der Buchse Längsrillen angeordnet sind, in welche das das Plasma erzeugende Gas in Längsrichtung der Kathode strömt. Auf diese Weise wird das Gas zur wirksamen Kühlung nicht nur des freien Teils der Elektrode herangezogen, sondern es erfolgt auch eine Kühlung des Kathodenträgers, der erfindungsgemäß als guter Wärmeableiter für die Elektrode ausgebildet ist. Es ist nämlich möglich, die erwähnten erfindungsgemäßen Längsrillen als eine Art Kühlrippen anzusehen, durch die die dem Gas ausgesetzte Oberfläche vergrößert wird.

Die Erfindung zeigt aber noch einen weiteren Vorteil,

der darin besteht, daß die Stabilität der Plasmaflamme durch die erfindungsgemäß angeordneten erwähnten Längsrillen erhöht wird. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, daß eine Turbulenz der Gase in dem Ringraum um die Kathode vermieden ist und das Gas nunmehr ausschließlich in Längsrichtung der Kathode strömt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die Zeichnung. In dieser zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht des Brenners, teilweise im Achsschnitt,

F i g. 2 einen Axialschnitt durch den Kathodenträger,

F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie V-V durch den Kathodenträger nach F i g. 2,

F i g. 4 eine Einzelheit des Brenners.

Der Körper 1 nach F i g. 1 zeigt Kanäle, durch die

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das das Plasma erzeugende Gas strömt. Das Gas tritt durch die Leitung 13 ein, durchströmt den Kanal 14 und tritt in den Kanal 15 ein. Dieser Kanal mündet nun erfindungsgemäß in eine in dem Körper 1 vorgesehene Ringkammer 16, welche den Kathodenträger in der Höhe der erfindungswesentlichen Längsrillen 12« und 12b — siehe Fig. 2 — umgibt. Von dort aus strömt das Gas zunächst durch diese Rillen 12 a und 12 b und dann durch die Austrittsdüse des Brenners nach außen. xo

Wie den F i g. 2 und 3 deutlich entnommen werden kann, zeigt der Kathodenträger 12 an seinen die Kathode 37 tragenden Enden die erfindungsgemäßen erwähnten Längsrillen 12 α und 12 b von rechteck]: _. gem Querschnitt, wobei in dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel vier derartige Rillen vorgesehen sind. Der Kathodenträger 12 ist an seinem Ende als Buchse 12 c ausgebildet, in welchem die. eigentliche Kathode 37 eingesetzt ist.

Die Kathode 37 besteht aus hochhitzebeständigem Metall, z. B. aus Wolfram, gegebenenfalls mit einem Thoriumzusatz, und ist stabförmig ausgebildet. Das freie Ende dieses Stabes kann entweder zugespitzt oder abgerundet sein, es ist jedoch vorzugsweise halbkugelförmig ausgebildet. Es darf jedenfalls keinesfalls flach ausgebildet sein, weil dadurch die Gefahr einer bevorzugten Stelle für den Lichtbogen und somit eine Dyssymmetrie des Lichtbogens besteht.

Die erfindungsgemäßen Längsrillen 12« und 12 b bewirken, daß das Gas die Buchse umspült und dadurch eine besonders intensive Kühlung der Kathode bewirkt. Um dieses Umspülen der Buchse durch das Gas noch zu verbessern, kann dieses in Kanälen geführt werden, welche dadurch entstehen, daß der mit den Längsrillen versehene Teil des Kathodenträgers von einem Ring umgeben wird, der — um die günstigste Regelung zu ermöglichen — verstellbar sein kann.

Die Anode wird durch die Austrittsdüse 20 gebildet, die von einer Kühlkammer 25 umgeben ist, durch die Kühlwasser umläuft.

Der Abstand der Elektroden voneinander kann mittels des gerändelten Kopfes 29 und einer Mutter 32 eingestellt und auf dem Ringkonus 38 abgelesen werden.

Der F i g. 1 kann weiter entnommen werden, daß die Gaszuleitung 13 von dem Kanal 14 durch eine kalibrierte Düse 13 α getrennt ist, die eine Drosselung ermöglicht. Dadurch kann die Stabilität des Druckes des ausfließenden Gases und demzufolge auch die Wirkungsweise des Brenners verbessert werden.

Der Durchmesser der Kathode beträgt beispielsweise etwa 3 mm und die Länge des nicht von der Buchse 12 c umschlossenen freien Teils der Kathode kann zwischen 2 und 5 mm liegen.

Für den Fall, daß ein Versprühen eines durch die Wärme schmelzenden Pulvers erfolgen soll, das durch ein Trägergas mitgenommen wird, findet die Vorrichtung nach F i g. 4 Verwendung. Die die Anode bildende Düse 20 weist hierbei einen verstärkten Wandungsbereich 72 auf, an dem Kanäle 73 angeordnet sind, die in die Düse einmünden und mit einem auf den Teil 72 aufgeschraubten Kappe 75 gebildeten Ringkanal 74 in Verbindung stehen. Dieser Ringkanal 74 ist über einen Anschluß 76 mit der Zuleitung für das in fließfähigem Zustand in dem Trägergas vorhandene Pulver verbunden. Die Kanäle sind gegen die Achse der Anodendüse so geneigt, das das in fließfähigem Zustand befindliche Pulver in Gegenstrom zu der Richtung, in welcher das Plasma ausströmt, zugeführt wird. Die Neigung der Kanäle 73 gegen die Achse der Düse beträgt vorzugsweise zwischen 45 und 30°, wobei es sich im allgemeinen um drei derartige Kanäle handelt. Die Düse kann jedoch auch größer sein. In diesem Falle sind die Löcher kranzförmig über den Umfang der Düse verteilt und münden in dieser Anordnung in den Düsenhals.

Besonders .günstig ist es, wenn das Profil der die Anode bildenden Düse 20 in seinem dem Ende der Kathode 37 nächstliegenden Bereich nach einem Kreisbogen geformt ist, dessen konkave Seite nach außen gerichtet ist, wenn das Verhältnis des Krümmungsradius dieses Kreisbogens zu dem Radius der Austrittsöffnung der diese Anode bildenden Düse etwa 5:1 beträgt.

Claims

Patentansprüche:

1. Plasmabrenner, dessen Kathodenträger am Ende buchsenförmig zur Aufnahme einer aus hochhitzebeständigem Metall bestehenden Kathode erweitert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Teil der Kathode (37) von der Buchse (12 c) umfaßt ist und daß in der Umfläche der Buchse Längsrillen (12 a, 12 b) ange·^ ordnet sind, in welche das das Plasma erzeugende Gas (15, 16) in Längsrichtung der Kathode strömt.

2. Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der die Anode bildenden Düse (20) in seinem dem Ende der Kathode (37) nächstliegenden Bereich nach einem Kreisbogen, dessen konkave Seite nach außen gerichtet ist, geformt ist, wobei das Verhältnis des Krümmungsradius jedes Kreisbogens zu dem Radius der Austrittsöffnung der die Anode bildenden Düse etwa 5 :1 beträgt.

3. Plasmabrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das das Plasma erzeugende Gas (15, 16) in eine den Kathodenträger umgebende Ringkammer (40) in der Höhe der Längsrillen (12 σ, 12 b) eingeführt wird und anschließend durch diese Rillen in die die Anode bildende Düse (20) eintritt.

4. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mit den Längsrillen (12 a, 12 b) versehene Teil des Kathodenträgers (12) von einem verstellbaren Ring umgeben ist, durch welchen zusammen mit den Rillen Kanäle für das Gas gebildet werden.

5. Plasmabrenner nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine in der Gaszuleitung angeordnete kalibrierte Einschnürung bildende Düse (13 α), in welcher der engste Durchtrittsquerschnitt für den Gasstrom in der Vorrichtung gebildet ist. .-

In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 869 791; USA.-Patentschriften Nr. 2 544 711, 2 898 441; »Electronics«, Juni 1951, S. 92 und 93.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 517/554 2. 68

• Bundesdruckerei Berlin