DE1271852B

DE1271852B - Plasma torch

Info

Publication number: DE1271852B
Application number: DES106867A
Authority: DE
Inventors: Dr Klaus Hoffmann 8520 Erlangen Alfred Bauer 8500 Nürnberg Dipl-Ing Hellmuth Mentschel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-11-05
Filing date: 1966-11-05
Publication date: 1975-07-31
Also published as: DE1271852C2

Description

Plasmabrenner Die Erfindung betrifft einen Plasmabrenner mit einer axialsymmetrischen Liehtbogenkammer, in die eine Becherelektrode hineinreicht, aus welcher der Lichtbogen bei Betrieb unter tangentialer Gaszufuhr zur Lichtbogenkammer in eine die Lichtbogenkammer stirnseitig abschließende Hohlzylinderelektrode hineinbrennt, und die länger als der Becherraum der Becherelektrode ist.Plasma torch The invention relates to a plasma torch with a axially symmetrical light arc chamber into which a cup electrode extends which is the arc when operating with tangential gas supply to the arc chamber burns into a hollow cylinder electrode that closes off the end of the arc chamber, and which is longer than the cup space of the cup electrode.

Ein solcher Plasmabrenner ist aus der USA.-Patentschrift 3 201560 an sich bekannt. Das gewonnene Plasma strömt dort durch eine düsenförmig ausgebildete Hohlzylinderelektrode aus, und das kalte, zu ionisierende Arbeitsgas wird hinter der Becherelektrode in Richtung der Plasmaströmung eingeleitet. Arbeitsgas und Plasma durchströmen die Lichtbogenkammer also in gleicher Richtung.Such a plasma torch is known from USA. Patent 3,201,560 se. The plasma obtained there flows out through a nozzle-shaped hollow cylinder electrode, and the cold working gas to be ionized is introduced behind the cup electrode in the direction of the plasma flow. Working gas and plasma therefore flow through the arc chamber in the same direction.

Nach einem völlig anderen Prinzip soll ein bekannter Plasmabrenner nach der Zeitschrift » IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE«, vom Januar 1964, S. 41 bis 46, arbeiten. Es soll sich dort in der Lichtbogenkammer ein Strömungszylinder und in der Becherelektrode eine Gegenströmung mit Axialkomponente ausbilden, durch die die Becherwand gegen die Strömungsrichtung des Plasmas und der Zentralbereich zur Liehtbogenkammer hin, also in Richtung der Plasmaströmung, durchsetzt wird. Man nimmt an, daß im Axialbereich des Plasmabrenners eine durchgehende Strömungssäule ausgebildet wird, die sich bis in die Zylinderelektrode erstreckt, und daß sich der äußere Strömungszylinder in der Lichtbogenkammer mehr wie eine freie Schraubenströmung verhält. Durch diese Strömungsverhältnisse wird der Lichtbogen gasstabilisiert bzw. eingeschnürt. Aus der äußeren Zylinderströmung mischt sich dabei über die gesamte Lichtbogenlänge verteilt fortlaufend Gas in den Lichtbogenkern ein. Durch eine Magnetspule, die um den aus der Lichtbogenkammer herausragenden Teil der Becherelektrode angeordnet ist, kann man den Lichtbogen rotieren lassen.A well-known plasma torch is supposed to work according to a completely different principle according to the journal "IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE", January 1964, p. 41 to 46, work. There should be a flow cylinder in the arc chamber and form a counterflow with an axial component in the cup electrode the cup wall against the direction of flow of the plasma and the central area towards the arc chamber, i.e. in the direction of the plasma flow, is penetrated. It is assumed that there is a continuous flow column in the axial area of the plasma torch is formed, which extends into the cylinder electrode, and that the outer flow cylinder in the arc chamber more like a free helical flow behaves. Due to these flow conditions, the arc is gas-stabilized or constricted. The outer cylinder flow mixes over the entire Arc length continuously distributes gas into the arc core. By a solenoid, arranged around the part of the cup electrode protruding from the arc chamber the arc can be rotated.

Es hat sich gezeigt, daß die beim bekannten Plasmabrenner mit Gegenströmung - bei dem das Arbeits-Qas an der Wand der Liehtbogenkammer zugeführt wird - erreichte Gasstabilisierung bei langen Lichtbögen noch unzureichend ist. Dementsprechend sind beim bekannten Plasmabrenner der Becher der Becherelektrode und die Zylinderelektrode jeweils wesentlich länger als die eigentliche Lichtbogenkammer ausgebildet, so daß der Lichtbogen, insgesamt gesehen, im wesentlichen wandstabilisiert wird. Durch die großen Wandflächen treten aber verhältnismäßig hohe Kühlverluste auf. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den bekannten Plasmabrenner mit Gegenströmung so zu verbessern, daß im wesentlichen reine Gasstabilisierung erzielt wird. Bei dem zuerst geschilderten Plasmabrenner ohne Gegenströmung kann eine solche Gasstabilisierung verständlicherweise nicht zustande kommen.It has been shown that the known plasma torch with counterflow - in which the working Qas is fed to the wall of the light arch chamber - reached Gas stabilization is still inadequate for long arcs. Accordingly, are in the known plasma torch the cup of the cup electrode and the cylinder electrode each formed much longer than the actual arc chamber, so that the arc, viewed as a whole, is essentially wall-stabilized. By the large wall surfaces, however, have relatively high cooling losses. The invention is now based on the task of the known plasma torch with counterflow so to improve that essentially pure gas stabilization is achieved. In which Such a gas stabilization can be achieved by the plasma torch without counterflow described first understandably did not materialize.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist nach der Erfindung vorgesehen, daß die Lichtbogenkammer an der Stirnseite mit der Zylinderelektrode mindestens einen Gaszuführungskanal mit einer entgegen dem Plasmastrom gerichteten axialen Richtungskomponente aufweist, dessen zur geometrischen Achse der Zylinderelektrode gedachte konzentrische Umhüllende einen mindestens ebenso großen Durchmesser wie der Innenrand der Becherelektrode aufweist. Dabei kann die Becherelektrode axial verstellbar ausgebildet sein.To solve this problem it is provided according to the invention that the Arc chamber at the end with the cylinder electrode at least one gas supply channel with an axial directional component directed against the plasma flow, its concentric envelope intended for the geometric axis of the cylinder electrode at least as large a diameter as the inner edge of the cup electrode having. The cup electrode can be designed to be axially adjustable.

Der Plasmabrenner nach der Erfindung bietet den besonderen Vorteil, daß der Becher und die Zylinderelektrode im Verhältnis zur Länge der Lichtbogenkammer kurz ausgebildet werden können. Schon allein dadurch werden Wärmeverluste wesentlich verringert.The plasma torch according to the invention offers the particular advantage that the cup and the cylinder electrode in relation to the length of the arc chamber can be briefly trained. This alone makes heat losses significant decreased.

Beim vorliegenden Plasmabrenner erzielt man aber auch besondere Strömungsverhältnisse, durch die der Lichtbogen aus seiner ganzen Länge von einer Gasströmung hinlänglicher Schichtdicke eingeschnürt wird, so daß man von einer reinen Gasstabilisierung sprechen kann. Außerdem können bei gleicher Kühlleistung höhere Betriebstemperaturen und ein besserer Wirkungsgrad erzielt werden. Wesentlich ist dabei, daß im Stauraum zwischen Becher und Lichtbogenkammer kein Zusatzgas oder zumindest eine nur wesentlich geringere Gasmenge als über die Gaszuführung an der Stirnseite der Lichtbogenkammer - mit der Zylinderelektrode - zugeführt wird. Die Erfindung ermöglicht, den Lichtbogen viel gleichförmiger einzuschnüren, als es bisher möglich war, wodurch die Betriebsstabilität wesentlich gefördert wird. Das kann für Anwendungen in der Chemie von entscheidender Bedeutung sein.With the present plasma torch, however, special flow conditions are also achieved, through which the arc is more adequate from a gas flow over its entire length Layer thickness is constricted, so that one speaks of a pure gas stabilization can. In addition, higher operating temperatures and a better efficiency can be achieved. It is essential that in the storage space No additional gas or at least one only substantially between the can and the arc chamber lower amount of gas than via the gas supply at the end of the arc chamber - with the cylinder electrode - is supplied. the Invention enables to constrict the arc much more uniformly than was previously possible, whereby the operational stability is significantly promoted. This can be used for applications in the Chemistry can be vital.

Es hat sich als günstig erwiesen, den Innendurchmesser der Lichtbogenkammer etwa 1,1- bis 1,5mal so groß wie den Durchmesser der um die Gaszuführungskanäle gedachten Umhüllenden auszubilden. Dabei ist es zweckmäßig, die Lichtbogenkammer zylindrisch auszubilden und die Becherelektrode und die Zylinderelektrode koaxial zur Lichtbogenkammer und axial einander gegenüberliegend anzuordnen. Durch eine koaxial außen an der Zylinderelektrode angeordnete Magnetspule kann der Lichtbogen zur Rotation gebracht werden. Diese Anordnung einer Magnetspule ist besonders vorteilhaft, wenn die Zylinderelektrode als Kathode und die Becherelektrode als Anode geschaltet wird.It has been found beneficial to adjust the inside diameter of the arc chamber about 1.1 to 1.5 times as large as the diameter of the around the gas supply channels to train imaginary envelopes. It is useful to use the arc chamber to be cylindrical and the cup electrode and the cylinder electrode coaxially to the arc chamber and to be arranged axially opposite one another. By a Coaxially arranged on the outside of the cylinder electrode magnet coil can produce the arc be made to rotate. This arrangement of a magnetic coil is particularly advantageous, when the cylinder electrode is connected as the cathode and the cup electrode as the anode will.

Sieht man in der Becherelektrode einen zentralen Gaszuführungskanal vor, so läßt sich der Lichtbogenfußpunkt in der Becherelektrode unabhängig von den sonstigen Betriebsbedingungen durch die zentral eingeleitete Gasmenge einstellen.You can see a central gas supply channel in the cup electrode before, the arc base in the cup electrode can be independent of the Set other operating conditions by means of the centrally introduced gas volume.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sollen nun in der Zeichnung schematisch dargestellte Ausführungsbeispiele herangezogen werden. In F i g. 1 ist ein Plasmabrenner im Längsschnitt wiedergegeben; in F i g. 2 ist axial geschnitten eine vorteilhafte Zylinderelektrode für den Plasmabrenner nach F i g. 1 dargestellt; in F i g. 3 ist eine Becherelektrode des Plasmabrenners nach F i g. 1 mit benachbarten Bauteilen im Längsschnitt wiedergegeben; F i g. 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Becherelektrode eines Plasmabrenners; F i g. 5 gibt eine Ausgestaltung der Zylinderelektrode im Längsschnitt wieder; in F i g. 6 ist eine Einzelheit der Zylinderelektrode nach F i g. 5 dargestellt, und in F i g. 7 ist die Aufsicht auf die in F i g. 6 wiedergegebene Einzelheit dargestellt.To further explain the invention, the drawing should now show schematically illustrated embodiments are used. In Fig. 1 is a plasma torch shown in longitudinal section; in Fig. 2 is cut axially an advantageous cylinder electrode for the plasma torch according to FIG. 1 shown; in Fig. 3 is a cup electrode of the plasma torch according to FIG. 1 with neighboring Components shown in longitudinal section; F i g. 4 shows a further embodiment the cup electrode of a plasma torch; F i g. 5 gives an embodiment of the cylinder electrode in longitudinal section again; in Fig. 6 is a detail of the cylinder electrode of FIG F i g. 5 shown, and in F i g. 7 is the top view of the in F i g. 6 reproduced Detail shown.

Beim Plasmabrenner nach F i g. 1 ist in einer zylindrischen Lichtbogenkammer 1 eine Becherelektrode 2 koaxial angeordnet. An der Lichtbogenkammer 1 schließt axial zur Becherelektrode gegenüberliegend eine Zylinderelektrode 3 an. An der Stirnseite der Lichtbogenkammer, an der die Zylinderelektrode 3 angeordnet ist, sind Gaszuführungskanäle 4, die eine axiale Richtungskomponente aufweisen, ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel ist eine schraubenförmige Gaszuführung vorgesehen.In the case of the plasma torch according to FIG. 1, a cup electrode 2 is arranged coaxially in a cylindrical arc chamber 1. A cylinder electrode 3 adjoins the arc chamber 1, axially opposite the cup electrode. Gas supply channels 4, which have an axial directional component, are formed on the end face of the arc chamber on which the cylinder electrode 3 is arranged. In the exemplary embodiment, a helical gas supply is provided.

Die im Schnitt dargestellten Stege 5 sind dann ebenfalls schraubenförmig ausgebildet. An der Becherelektrode 2 mit dem Becherraum 6 schließt sich ein Schaft 7 an. Der Schaft 7 ist in der Halterung 8 axial verstellbar geführt. Wie ersichtlich, ist die Lichtbogenkammer 1 länger als der Becherraum 6 der Becherelektrode 2 ausgebildet.The webs 5 shown in section are then also helical educated. A shaft closes on the cup electrode 2 with the cup space 6 7 at. The shaft 7 is axially adjustable in the holder 8. As can be seen the arc chamber 1 is longer than the cup space 6 of the cup electrode 2.

Der Durchmesser der zur geometrischen Achse 10 der Zylinderelektrode 3 gedachten konzentrisch Umhüllenden um die Gaszuführungskanäle 4 weist einen größeren Durchmesser als der Innenrand der Becherelektrode 2 auf. Der Rand der Becherelektrode ist mit 9 bezeichnet. Die Lichtbogenkammer 1 wird im wesentlichen durch einen Zylindermantel 11, der an der Innenseite durch Kühlrohre 12 ausgekleidet sein kann, sowie durch eine Abschlußplatte 13 und durch die innere Stirnseite 14 der Zylinderelektrode 3 gebildet. Die Kühlrohre 12 können aus Kupfer gefertigt und ringförmig ausgebildet sein und eigene Ein- und Auslässe für Kühlmittel aufweisen. Bei Verwendung von zwischenliegenden Isolierschichten 15, beispielsweise aus Keramik, wird dann die Innenwand der Lichtbogenkammer unterteilt. Das kann bei besonders langen oder schmalen Lichtbogenkammern vorteilhaft sein. Bei einer metallischen Zylinderwand 11 ist dann eine weitere Isolierschicht 16 erforderlich.The diameter of the concentric envelope around the gas supply ducts 4, imagined with respect to the geometric axis 10 of the cylinder electrode 3, has a larger diameter than the inner edge of the cup electrode 2. The edge of the cup electrode is denoted by 9. The arc chamber 1 is essentially formed by a cylinder jacket 11, which can be lined on the inside by cooling tubes 12, as well as by an end plate 13 and by the inner end face 14 of the cylinder electrode 3. The cooling tubes 12 can be made of copper and designed in the shape of a ring and have their own inlets and outlets for coolant. When using intermediate insulating layers 15, for example made of ceramic, the inner wall of the arc chamber is then subdivided. This can be advantageous in the case of particularly long or narrow arc chambers. In the case of a metallic cylinder wall 11, a further insulating layer 16 is then required.

Becherelektrode 2 und Zylinderelektrode 3 können - wie dargestellt - in Doppelwandbauweise ausgeführt sein und Kühlkanäle 17 einschließen. Der Schaft 7 der Becherelektrode ist durch einen Isolationsmantel 18 aus hitzebeständigem Material gegen die Halterung 8 der Abschlußplatte 13 elektrisch isoliert. Der Isolation der Zylinderelektrode 3 dient ein Profilring 19 aus elektrisch isolierendem Material. Die Zylinderelektrode 3 weist im Ausführungsbeispiel einen Flanschring 20 auf, durch den sie mittels Schrauben 21 mit einem Montageflanschring 22 verbunden ist. Ein Flansch 23 der Abschlußplatte 13 und der Montageflanschring 22 können durch Zugstangen 24 in isolierenden Auskleidungen 25 zusammengehalten werden. Es ist günstig, für die zylindrische Innenwand der Lichtbogenkammer thermische Ausdehnung zu ermöglichen. Dazu sind im Ausführungsbeispiel in der Abschlußplatte 13 ringförmige Aussparungen 26 vorgesehen, in die Druckfedern 27 eingesetzt sind, die seitlich auf die Kühlrohre 12 drücken. An Stellschrauben 21 a kann die Vorspannung eingestellt werden.Cup electrode 2 and cylinder electrode 3 can - as shown - be designed in double-walled construction and include cooling channels 17. The shaft 7 of the cup electrode is electrically insulated from the holder 8 of the end plate 13 by an insulating jacket 18 made of heat-resistant material. A profile ring 19 made of electrically insulating material is used to isolate the cylinder electrode 3. In the exemplary embodiment, the cylinder electrode 3 has a flange ring 20 by means of which it is connected to a mounting flange ring 22 by means of screws 21. A flange 23 of the end plate 13 and the mounting flange ring 22 can be held together by tie rods 24 in insulating linings 25. It is beneficial to allow thermal expansion for the inner cylindrical wall of the arc chamber. For this purpose, in the exemplary embodiment, annular recesses 26 are provided in the end plate 13, into which compression springs 27 are inserted, which press laterally on the cooling tubes 12. The preload can be adjusted with adjusting screws 21 a.

Wird an die Elektroden 2 und 3 eine Betriebsspannung für einen Lichtbogen 28 angelegt und ein Lichtbogen gezündet, so trägt die im Betrieb sich ausbildende Strömung die Fußpunkte 29 und 30 des Lichtbogens in die Elektroden hinein. Die tangentiale Komponente der Strömung bewirkt dabei einen Umlauf der Lichtbogenfußpunkte. Den Lichtbogen 28 kann man auch dadurch rotieren lassen, daß man zumindest einen der Lichtbogenfußpunkte 29 und 30 einem Magnetfeld der Induktion B aussetzt, das eine zum Strompfad senkrechte Komponente aufweist. Dazu eignet sich eine eventuell am Außenumfang der Zylinderelektrode 3 konzentrisch angeordnete Magnetspule 31. Diese Ausführung ist besonders vorteilhaft, wenn die Düsenelektrode 3 hinsichtlich der Becherelektrode 2 auf Kathodenpotential liegt.An operating voltage for an electric arc is applied to electrodes 2 and 3 28 is applied and an arc is ignited, the developing in operation carries Flow the base points 29 and 30 of the arc into the electrodes. The tangential The component of the flow causes the arc roots to circulate. The Arc 28 can also be rotated by having at least one of the Arc base points 29 and 30 exposed to a magnetic field of induction B, the one has components perpendicular to the current path. An am may be suitable for this Outer circumference of the cylinder electrode 3 concentrically arranged magnet coil 31. This Execution is particularly advantageous when the nozzle electrode 3 in terms of Cup electrode 2 is at cathode potential.

Umgibt man die Lichtbogenkammer 1 mit weiteren Ringspulen 32 bis 40, so kann man auch auf den Lichtbogenfußpunkt 29 in der Becherelektrode 2 ein den Lichtbogenfußpunkt ablenkendes Magnetfeld einwirken lassen. Dazu wäre bei der Elektrodenstellung und dem Betriebszustand, wie sie im Ausführungsbeispiel angenommen werden, die Magnetspule 37 zu erregen. - Die elektrischen Anschlüsse der Magnetspulen sind mit 41 und die Anschlüsse der Elektroden mit 43 und 44 bezeichnet. - Die Magnetspulen 31 und 37 sind dann so zu erregen, daß sich die magnetische Konfiguration eines Cuspfeldes ergibt.If the arc chamber 1 is surrounded by further toroidal coils 32 to 40, so you can also on the arc base 29 in the cup electrode 2 a Allow a deflecting magnetic field to act. This would include the position of the electrodes and the operating state, as assumed in the exemplary embodiment, the solenoid 37 to excite. - The electrical connections of the solenoid coils are marked with 41 and the Connections of the electrodes are designated by 43 and 44. - The solenoids 31 and 37 are then to be excited in such a way that the magnetic configuration of a Cusp field results.

Bei ringförmig ausgebildeten Kühlrohren (12) mit eigenen Ein- und Auslässen kann auch das dem Lichtbogenfußpunkt 29 benachbart liegende Kühlrohr als Erregerwicklung aus einem Ringleiter verwendet werden.With ring-shaped cooling tubes (12) with their own inputs and The cooling tube adjacent to the arc base 29 can also be used as outlets Excitation winding from a ring conductor can be used.

Falls auf die Lichtbogenfußpunkte ein Magnetfeld gleicher Richtung einwirkte, bestünde die Gefahr, den Lichtbogen abzudrehen und zu unterbrechen. Bei gleichsinniger Lichtbogenrotation wird dagegen die Strombelastung der Elektroden ringförmig verteilt. In der Praxis hat es sich als ausreichend erwiesen, den Lichtbogen lediglich in der Zylinderelektrode 3 durch ein Magnetfeld abzulenken. Der Verlauf der magnetischen Induktion ist durch gepfeilte Linien symbolisiert. Geht man von einem bestimmten Betriebszustand aus, so wird der Lichtbogen mit höherem Gasdurchsatz stärker eingeschnürt und verlängt. Der Lichtbogen wird dann weiter in die Elektroden hineingetrieben. Die Lichtbogenlänge und die umgesetzte Leistung können auch insbesondere dadurch vergrößert werden, daß die Elektroden auseinandergezogen werden.If there is a magnetic field in the same direction at the arc roots interfered, there would be a risk turn off the arc and close it interrupt. In contrast, when the arc rotates in the same direction, the current load is of electrodes distributed in a ring. In practice it has proven to be sufficient deflect the arc only in the cylinder electrode 3 by a magnetic field. The course of the magnetic induction is symbolized by arrow lines. If one assumes a certain operating condition, the arc becomes higher Gas throughput more constricted and lengthened. The arc will then continue driven into the electrodes. The arc length and the power converted can also be enlarged in particular by pulling the electrodes apart will.

Bei vorgegebenen Betriebsbedingungen wird die axiale Position des Lichtbogenfußpunktes 29 im Becherraum 6 durch das Wandprofil der Becherelektrode bestimmt. Bei einem zylindrischen bzw. topfförmigen Becher ergibt sich ein axiales Wandern des Lichtbogenfußpunktes, das die Heizzone im Elektrodenbecher vergrößert und die Elektrodenbeanspruchung herabsetzt. Andererseits kann durch eine Becherwand, die der Fliegkraftkurve nachgebildet ist, die Lichtbogenlänge sehr genau eingestellt werden. Der ringförmige Pfad des Lichtbogenfußpunktes 29 stellt sich dann im Gleichgewicht zwischen den umlaufbedingten Zentrifugalkräften und den durch die Gasströmung erzielten Zentripetalkräften ein. Vereinigt man, wie es aus dem Ausführungsbeispiel zu ersehen ist, in der Becherelektrode 2 beide Wandformen, so läßt sich durch Verändern der Gasmenge jeweils ein gerade günstiger Betriebszustand auswählen.Under given operating conditions, the axial position of the Arc base 29 in the cup space 6 through the wall profile of the cup electrode certainly. In the case of a cylindrical or cup-shaped cup, there is an axial one Wandering of the arc base point, which enlarges the heating zone in the electrode cup and reduces the stress on the electrodes. On the other hand, through a cup wall, which is modeled on the flywheel force curve, the arc length is set very precisely will. The ring-shaped path of the arc root 29 is then in equilibrium between the centrifugal forces caused by the circulation and those achieved by the gas flow Centripetal forces. If one combines, as can be seen from the exemplary embodiment is, in the cup electrode 2, both wall shapes, so can be changed by changing the Select the gas quantity that is currently the most favorable operating condition.

Für die Magnetspule 31 wurde eine günstige Möglichkeit gefunden, sie in die Zylinderelektrode einzubauen. Eine entsprechende Ausführung der Zylinderelektrode ist in F i g. 2 nach axialem Schnitt wiedergegeben. Die Magnetspule 31 ist aus Kupferrohren gewickelt, in Gießharz eingebettet und mit einem Montageteller 45 versehen. Sie kann von Kühlwasser durchspült werden. Vor dem Montageteller ist eine Kühlmittelverteilerringplatte 46 angesetzt. Auf die Magnetwicklung 31 läßt sich ein Mantelkörper 47 aufstecken, der aus einem zylindrischen Mantel - beispielsweise aus Kupfer - und einem Montageteller besteht. Auf den ringzylindrischen Mantel brennt im Betrieb der Lichtbogen. Zwischen Mantel und Spulenkörper der Magnetwicklung 31 bleibt ein Kühlspalt 17 frei. Auf den Mantelkörper ist schließlich noch ein Drallkörper 48 aufgesteckt. Der Drallkörper besteht aus einem Zylindermantel, an dessen Innenmantel ein oder mehrere Schraubenbahnen für die Gaszuführungskanäle 4 ausgebildet sein können, sowie aus einem Montageteller. Nach Zusammenbau bilden die Montageteller der Bauteile der Zylinderelektrode eine im wesentlichen zylindrische Außenfläche.A favorable possibility has been found for the magnetic coil 31 to build it into the cylinder electrode. A corresponding embodiment of the cylinder electrode is shown in FIG. 2 reproduced after an axial section. The magnetic coil 31 is wound from copper pipes, embedded in cast resin and provided with a mounting plate 45. It can be flushed with cooling water. A coolant distribution ring plate 46 is attached in front of the mounting plate. A jacket body 47, which consists of a cylindrical jacket - for example made of copper - and a mounting plate can be plugged onto the magnet winding 31. The arc burns on the ring-cylindrical jacket during operation. A cooling gap 17 remains free between the jacket and the coil body of the magnet winding 31. Finally, a swirl body 48 is also pushed onto the casing body. The swirl body consists of a cylinder jacket, on the inner jacket of which one or more screw paths for the gas supply channels 4 can be formed, as well as a mounting plate. After assembly, the mounting plates of the components of the cylinder electrode form an essentially cylindrical outer surface.

Der Plasmabrenner kann als Antrieb, als Plasmabeschleuniger oder Gaserhitzer verwendet oder in der Chemietechnik eingesetzt werden. Für den Einsatz in der Chemie kann die Becherelektrode 2 mit einem zusätzlichen zentralen Gaszuführungskanal50 (F i g. 1) versehen sein, durch den man einen Reaktionspartner in den Scheitel 51 des Elektrodenbechers einleiten kann. Die Reaktionspartner, die sich im Becherraum 6 durchmischen, durchströmen den Lichtbogen zwangläufig. Bei einem zusätzlichen zentralen Gaszuführungskanal 50 können die Mischungsbedingungen unabhängig vom Lichtbogenbetrieb eingestellt werden. Damit sind für die Durchführung chemischer Reaktionen günstige Voraussetzungen gegeben.The plasma torch can be used as a drive, as a plasma accelerator or as a gas heater used or used in chemical engineering. For use in chemistry can the cup electrode 2 with an additional central gas supply channel 50 (Fig. 1) be provided, through which one reactant in the apex 51 of the electrode cup can initiate. The reactants that are in the cup space 6 mix, the arc inevitably flows through it. With an additional central gas supply channel 50, the mixing conditions can be independent of the arc operation can be set. These are favorable for carrying out chemical reactions Conditions given.

Die axiale Position des Lichtbogenfußpunktes 29 kann man bei veränderlicher Gaszuführungsmenge dadurch selbsttätig stabilisieren, daß man im Schaft 7 der Becherelektrode 2 nach F i g. 3 einen radialen Durchbruch 53 vom zentralen Gaszuführungskanal 50 in den Stauraum 54 der Lichtbogenkammer vorsieht.The axial position of the arc base 29 can be changed with a variable Stabilize the amount of gas supplied automatically in that one in the shaft 7 of the cup electrode 2 according to FIG. 3 a radial opening 53 from the central gas supply channel 50 in the storage space 54 of the arc chamber.

Durchbrüche einstellbarer Öffnungsweite erzielt man, wenn der Schaft 7 der Becherelektrode aus zwei gegeneinander verdrehbar und koaxial angeordneten geschlitzten Zylinderkörpern ausgebildet wird.Breakthroughs of adjustable opening width are achieved when the shaft 7 of the cup electrode from two mutually rotatable and coaxially arranged slotted cylinder bodies is formed.

Ordnet man an der Einmündung des zentralen Gaszuführungskanals 50 im Elektrodenbecher geeignete Leitschaufeln für Strömungsverdrallung an, so kann die Gasmischung und die Lichtbogenrotation weiter vergrößert werden. An Stelle von Leitschaufeln kann man auch in der Becherelektrode 2 nach F i g. 4 ein Flügelrad 55 vorsehen, das über eine Welle 56 von außen angetrieben werden kann.It is arranged at the confluence of the central gas supply channel 50 suitable guide vanes for flow swirl in the electrode cup, so can the gas mixture and the arc rotation can be further increased. Instead of Guide vanes can also be used in the cup electrode 2 according to FIG. 4 an impeller Provide 55, which can be driven from the outside via a shaft 56.

Schraubenförmige Gaszuführungskanäle, deren Steigung man während des Betriebs kontinuierlich ändern kann, lassen sich dadurch erzielen, daß in der Zylinderelektrode koaxial zwei gegeneinander verdrehbare Zylinder mit wechselweise an ihnen ausgebildeten Führungsnasen für zu Wänden gestapelte Drähte verwendet werden. In der Zylinderelektrode nach F i g. 5 sind solche im Betrieb verstellbare Gaszuführungskanäle vorgesehen. Bis auf den Mantelkörper 47 und den Drallkörper 48 ist die Zylinderelektrode im wesentlichen wie nach F i g. 2 ausgebildet. Am Zylinder 60 des Mantelkörpers 47 sind über den Umfang verteilt angeordnete Führungsnasen 61 ausgebildet. Weitere Führungsnasen 62 sind am Innenumfang des Stellringrades 63 verteilt ausgebildet. In die Führungsnasen 61 und 62 sind jeweils zu einer Wand gestapelte Drähte 64 eingespannt. Diese Drähte können in den Führungsnasen 61 fest und in den Führungsnasen 62 verschiebbar eingespannt sein. Bildet man die Drähte 64 so lang aus, daß sie bei Parallellage zur geometrischen Achse 10 über die Führungsnasen 62 des Stellringrades 63 wie im Ausführungsbeispiel herausragen, so kann man Gaszuführungskanäle 4 wählbarer Schraubensteigung einstellen.Helical gas supply channels, the pitch of which can be continuously changed during operation, can be achieved by using two coaxially rotatable cylinders in the cylinder electrode with guide lugs alternately formed on them for wires stacked to form walls. In the cylinder electrode according to FIG. 5 such gas supply channels adjustable during operation are provided. Except for the jacket body 47 and the swirl body 48, the cylinder electrode is essentially as shown in FIG. 2 trained. On the cylinder 60 of the jacket body 47 , guide lugs 61 arranged distributed over the circumference are formed. Further guide lugs 62 are distributed on the inner circumference of the adjusting ring wheel 63. In each of the guide lugs 61 and 62, wires 64 stacked to form a wall are clamped. These wires can be firmly clamped in the guide lugs 61 and displaceably clamped in the guide lugs 62. If the wires 64 are formed so long that they protrude beyond the guide lugs 62 of the adjusting ring wheel 63 as in the exemplary embodiment when they are parallel to the geometric axis 10, then gas supply channels 4 can be set with a selectable screw pitch.

Bei der Zylinderelektrode nach F i g. 5 sind der Zylinderkörper 65 des Mantelkörpers 47 und ein dazu koaxial angeordneter Ringzylinder 66 an der Mündung der Gaszuführungskanäle 4 konisch ausgebildet. Auf den Ringzylinder 66 setzt ein Stellringrad 67 auf, das mit einer Gewindenut 68 in ein Gewinde 69 für axiales Verstellen des Zylinderringes 66 eingreift. Durch Drehen am Stellringrad 67 kann der Mündungsspalt der Gaszuführungskanäle 4 verändert werden. Dadurch läßt sich die Geschwindigkeit, mit der das Arbeitsgas in die Lichtbogenkammer einströmt, steuern. Die Montageteller der Zylinderelektrode nach F i g. 5 können durch Schraubenbolzen 70 zusammengehalten werden. In den Stellrädern 63 und 67 sind dann kreisabschnittförmige Aussparungen vorzusehen. Dichtungsringe zwischen den einzelnen Bauteilen sind mit 71 bezeichnet.In the case of the cylinder electrode according to FIG. 5, the cylinder body 65 of the jacket body 47 and an annular cylinder 66 arranged coaxially therewith at the mouth of the gas supply channels 4 are conical. An adjusting ring wheel 67 sits on the ring cylinder 66 and engages with a thread groove 68 in a thread 69 for axial adjustment of the cylinder ring 66. The opening gap of the gas supply channels 4 can be changed by turning the adjusting ring wheel 67. This allows the speed at which the working gas flows into the arc chamber to be controlled. The mounting plate of the cylinder electrode according to FIG. 5 can be held together by bolts 70. Circular segment-shaped recesses are then to be provided in the setting wheels 63 and 67. Sealing rings between the individual components are denoted by 71.

In F i g. 6 sind eine Führungsnase 62 am abgebrochen wiedergegebenen Stellrad 63 und eine Führungsnase 61 mit eingespannten Drähten 64 gesondert dargestellt. In F i g. 7 ist die Aufsicht in Richtung des Pfeiles 72 nach F i g. 6 wiedergegeben. Durch die messerförmige Ausbildung der Führungsnasen 62 und 61 werden bei schraubenförmiger Verdrallung der Drähte 64 diese in den Führungsnasen nicht abgeknickt.In Fig. 6, a guide nose 62 on the adjusting wheel 63, shown broken off, and a guide nose 61 with clamped wires 64 are shown separately. In Fig. 7 is the plan view in the direction of arrow 72 according to FIG. 6 reproduced. Due to the knife-shaped design of the guide lugs 62 and 61, if the wires 64 are twisted in a helical manner, they are not kinked in the guide lugs.

Für Anwendungsfälle, bei denen hohe Ausströmungsgeschwindigkeit des Plasmas erwünscht ist, kann man an der Zylinderelektrode eine geeignete Ausströmungsdüse anbringen oder die Zylinderelektrode selbst am Strömungsausgang düsenförmig ausbilden.For applications where the If plasma is desired, a suitable discharge nozzle can be attached to the cylinder electrode or make the cylinder electrode itself nozzle-shaped at the flow outlet.

Claims

Claims: 1. Plasma torch with an axially symmetrical arc chamber, into which a cup electrode extends, from which the arc burns into a hollow cylinder electrode closing off the end of the arc chamber during operation with a tangential gas supply to the arc chamber, and which is longer than the cup space of the cup electrode, characterized in that the arc chamber (1) on the end face with the cylinder electrode (3) has at least one gas supply channel (4) with an axial directional component directed against the plasma flow, the concentric envelope of which, intended to the geometric axis (10) of the cylinder electrode, is at least as large as the inner edge the cup electrode (2).

2. Plasma torch according to claim 1, characterized in that the Cup electrode (2) is designed to be axially adjustable.

3. Plasma torch according to claim 1 or 2, characterized in that there is a magnetic coil on the cylinder electrode (3) (31) is arranged concentrically to the cylinder axis for arc rotation.

4. Plasma torch according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the Internal diameter of the arc chamber (1) about 1.1 to 1.5 times as large as the diameter the envelope imaginary around the gas supply is formed.

5. Plasma torch according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the The cylindrical electrode (3) is short in relation to the length of the arc chamber (1) is.

6. Plasma torch according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that a central, axially directed gas supply channel (50) is formed in the cup electrode (2).

7. Plasma torch according to one or more of the claims 1 to 6, characterized in that the mouth of several over the circumference of the cylinder electrode distributed gas supply channels (4) to the geometric axis (10) of the arc chamber is formed inclined at an angle which is between 15 ° from the axial direction away up to 10 ° to the axial direction. B.

Plasma torch according to Claim 3, characterized by constructing the cylinder electrode from a magnetic coil (31) with a mounting plate (45), on which a coolant distribution ring plate (46) rests, and from one on the solenoid 31 attached casing body (47) and a swirl body (48), the limit the gas supply channels laterally and after assembly a cylindrical one Outer surface of the cylinder electrode result.

9. Plasma torch according to claim 6, characterized characterized in that in the shaft (7) of the cup electrode (2) from the central gas supply channel (50) a radial opening (53) to the storage space (54) of the arc chamber is.

10. Plasma torch according to claim 6, characterized in that guide vanes for flow swirl are arranged at the mouth of the central gas supply channel (50) in the electrode cup.

11. Plasma torch according to claim 6, characterized characterized in that at the confluence of the central gas supply channel (50) in Electrode cup a rotating impeller (55) is arranged.

12. Plasma torch according to claim 9, characterized in that in order to achieve openings (53) adjustable opening of the shaft (7) of the cup electrode (2) from two against each other rotatable and coaxially arranged slotted cylinder bodies is formed.

13. Plasma torch according to one or more of claims 1 to 12, characterized in that that in the cylinder electrode two mutually rotatable cylinders coaxially to one another are arranged with guide lugs (61, 62) alternately formed on them, that of holding wires stacked to form walls between the cylinders (64) serve to laterally limit the incline of the gas supply ducts (4) which are adjustable.

14. Plasma torch according to one or more of claims 1 to 13, characterized in that that the gas supply channels (4) by two axially adjustable, at their mouth conical cylinder bodies (65, 66) which are concentric to one another are limited are.

15. Plasma torch according to one or more of claims 8 to 14, characterized characterized in that the casing body (47) at the mouth of the gas supply channels (4) is conical on the outside and has guide lugs distributed over the circumference (61) and that the swirl body (48) consists of one over the circumference of the casing body rotatable adjusting ring wheel (63) with guide lugs (62) and a further adjusting ring wheel (67) consists on a cylinder body (66) with thread (69) for axial adjustment sits on. Documents considered: USA: Patent No. 3 201560.