DE1565638A1 - Plasmabrenner - Google Patents

Description

Plasmabrenner

Die Erfindung betrifft einen Plasmabrenner, vorzugsweise zum Plasma-SohmelzschneiderL von Werkstoffen und zur Schweißkantenvorbereitung. .

Bs sind plasmabrenner der verschiedensten Bauart bekannt. *Sie haben jedoch alle den gemeinsamen Nachteil, daß ihre Abmessungen, insbesondere im Bereich der Düse und der Düsenkappe, so ungünstig sind, daß sie für Fasenschnitte nicht den erforderlichen Einstellbereich des/Fasenwinkels überstreichen, da diese Plasmabrenner nicht genügend,zum Werkstück geneigt werden können, ohne den Abstand zwischen der Düse und dem Werkstück soweit zu vergrößern, daß die I'lasmaflamme erlischt oder nicht zündet bzw. zu kurz ist, um das Werkstück noch zu bearbeiten. Die gleichen Nachteile gestatten auch nicht die in der Autogenschweißtechnik bekannte Zusammenschaltung von mehreren Brennern zu einem Mehrfachbrenneraggregat. . ·

Bei v/erkstückgepolten Plasmabrennern verkleinert sich der Zulässige Abstand zwischen Düsenaustritt und Werkstück um ein weiteres, da er durch die Länge des Pilotlichtbogens, der durch Berührung mit dem Werkstück den Haupt(Schneid)-lichtbogen einleitet, begrenzt wird,

-, Der wesentlichste Nachteil der bekannten Plasmabrenner besteht ..jedoch darin, daß es nicht möglich ist, wie in der _; Autoseiischweiß-Technik bekannt, mehrere Brenner so anzuordnen, daß der Winkel und der Abstand zwischen zwei Brennern klein genug sind, um kleine IPasenwinkel bei kleinem Radius des auszuschneidenden Formteiles ohne unzulässige Konturen.-verzerrung herstellen zu können.

Sine beliebige Verkleinerung des Außendurchmessers des

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Plasmabrenners ist aber aufgrund der Isolations- und Kühlprobleme nicht ohne weiteres möglich. Dies tri:7ft auch besonders auf· den Bereich des Brennerkopf es zu. liier korant es darauf an, die Katode und den Katodenhalter sov/ie die Düse ausreichend zu kühlen und elektrisch voneinander zu isolieren.

Bs wurde deshalb bereits vorgeschlagen, den llatodsnhalter bis an den Gasentladungsraum heranzuführen und durch unmittelbaren Kühlmitteldurchfluß zu kühlen.

Weiterhin v/urde vorgeschlagen, die Ste-uerorgane für die Arbeitsgase und den Kühlan- und -abfluß im Schaft des Plasmabrenners axial zuzuführen·

Die Erfindung hat den Zweck, die ITa ent ei Ie des Standes der Technik zu vermeiden und einen Plasmabrenner zu schaffen, der neben den normalen Schneidaufgaben auch die für die Anwendung als Formbrenner in Mehrbrenneraggregaten zur Schweißkantenvorbereitung gestellten Anforderungen erfüllt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlung und die elektrische Isolation sowie die Proportionen, inobe«: sondere im Bereich des Brennerkopfes, so sol gestalten, daß bei axialer Zuführung aller Versorgungsleitungen im Schaft des Plasmabrenners ein besonders kleiner Durchmesser, ein besonders schlanker Brennerkopf und eine besonders spitz- '■"'■' winklige Düse und Düsenkappe ersielt wird, '^:

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß er:?ir.i -.iiigs^emaiL die äußeren Abmessungen des Plasmabrenners als Teil oder als '--^;-Vielfaches von seinem größten Durchmesser bestimmt &ind,' *" derart, daß sich der Brennerkopf über eine !enge K, die * —^i<l etwa das 2,2 bis 2,8-fache, vorzugsweise das 2,5-fache, ' ^ä(S des Außendurchmessers D beträgt, auf einen Durchnisssef e-^:>;; verjüngt, weicher das 0,1 bis 0,3-fache, vorzugsweise.-, das·.·,: 0,2-fache, des Außendurchmessers D beträgt und daß sick .■.r

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der KjonuB der Düsenkappe von einem Durchmeseer b, das 0,3 bie 0,7-fache, vorzugsweise das 0,5-fache, dee Außeadurohmessers D "beträgt, über eine Länge d, die das 0,3 "bie 0,5-faolie, vorzugsweise das 0,4-fache, des AußendurchmesBers D beträgt, auf den Durchmesser β veräüngt, und daß die gesamte Länge ο der Diisenkappe das 0,5 bis 0,8-fache, Vorzugsweise das 0,7-fache, des Außendurohmeseers D beträgt und daß sich die Länge a des Konus oberhalb der Diisenkappe aus der Differenz der Längen K und c ergibt, wobei die Länge a das 1,3 biß 1,7-fache, vorzugsweiae das t,5^f.ache., des Außendurclimeasers D "beträgt·

Es ist zweclcmäßig, daß die Düse mindestens'um 7 ?S ihrer Länge aus der Dusenkaipe hervorragt und daß die Düsenlcappe mit einem metallisch Richtenden Bund versehen ist.

Weiterhin ist es sweclonäßig, daß swiechen Düse und DüBenlcappe ein .gleichförmiger Kulilmittelspalt'angeordnet ist.

Es ist -auch vorteilhaft., daß der -lCühlmitt.el-ssu- und. -ab- . fluß in der Düeerücar^e über luvei \\v:. IRO⁰ versetzte Schlitze. im Düsenhalter erfolgt·

Die erfindiingsgeraafle Loeung' besteht v.eiterliin arach darin', ^: daß der um. den'Katodenhalter an^earänete Isclator mit eineia ■'Innengewinde vorsehen ist. ' ■'■■■-. ' - ', ■■..,.■

Besonders .vorteilhaft ist_f es, dafr ^flie i:i_: Isolator angeordneten Bohrungen fttr den laiiilmitt-elsii- und -abfing rait einem -Gewinde verseilen Gind.

Außerdem-ist cn..^r;eölcmi-^f3ig-._r daß. \:e±■ ::-.i-Sä^'.:en mehrerer,Ein-«Ibreimer au. einem.I.Iel.rfachajgregat, bis u.it·-^ mittelbar yor_: die .giiiselbrenner^nas. : ;ir.lr.ittel, die Ar~_ beitSjgaseί-Μμύ.Λχβ.,Steu^rle^urieen i.ls .gemeinoame, "ulei- . .

tungen.jiusge^jla-et,.pirtcl··.., .,.. ., , . . _ .

Die ^eclBilaojitr-öl^i^oiai^phen-^Ausvii'^U"^^^^ _;

ein PlasniaEcimeidOreiiaer besonders cc-ilaiÄer Bauform "und

mit extrem spitzwinkliger Dliae und Düsenkapp· geschaffen' wurde, der sowphl als linzelbrenner als. auch bei Zußammenfaseung mehrerer Einzelbrenner zu einem Mehrfach-Aggregat, hervorragend für Schneiden, Einstechen und Schweißkantenvorbereitung (Fasenschnitte) geeignet ist. ^-

Anhand eines AUBftihrungsbeispiels und^der Zeichnung soll die Erfindung nachstehend näher erläutert werden· In der Zeichnung zeigen: ■ · I

fig. 1: eine Gesamtansicht des erfindungegemäßen Plasma- '. , brenners mit seinen Außenkonturen,

Fig. 2: eine vergrößerte Darstellung des Brennerkopfes im Schnitt, . ·

Fig. 3i eine Schnittdarstellung I-I gemäß Fig· 2,

Fig. 4: die prinzipielle Zusammenschaltung von mehreren Plasmabrennern gemäß Fig. 1 zu einem Mehrfachaggregat. ,' i

Der besondere Aufbau und die Abmessungen des erfindungsgemäßen Plasmabrenners werden durch seine Proportionierung und die Konstruktionsmerkmale' des Brennerkopfes erreicht. Sämtliche Konstruktionselemente stehen mit dem Außendurchmeseer D des Schaftes 1 des Plasmabrenners in proportionalem Zusammenhang, d.h., alle Abmessungen ergeben sich als Teilbetrag oder als Vielfaches des Außendurchmessers D· Der Brennerkopf 2 verjüngt sich über eine länge K, die etwa das 2,2 bis 2,8-fache, vorzugsweise das 2,5-fache, des Außendurchmessers D beträgt auf einen Durchmesser e, welcher das 0,1 bis 0,3-fache, vorzugsweise das 0,2-fache, des Außendurchmeseers D beträgt.

Der Konus 3 der Düsenkai-pe 4 verjüngt sich von einem Durchmesser b, der das 0,3 bis 0,7-fache, vorzugsweise das 0,5-fache, des Außendurchmessers D beträgt, über eine Länge d, die das 0_f3 bis 0,5-fache, vorzugsweise das 0,4-fache, des

"T "_ 5 - < 009816/0717 ^8AD OFVQ

Außendurohmessers D beträgt, auf den Durohmesser e. Die gesamte Länge ο der Düsenkappe 4 beträgt das 0,5 bis 0,8-fache, vorzugsweise das 0,7-fache, des Außendurchmeasera D.

Die länge a des Brennerkopfes 2 oberhalb der Düsenkappe 4 ergibt sich aus der Differenz der länge K und der Länge 0 bzw. sie beträgt das1,3 bis 1,7-fache, Vorzugsweise das

1,5-fache, des Außendurchmessers D.

\7enn der Außendurchmesser D mit 50 mm angesetzt wird, vergeben sich die in nachstehender Tab, 1 zusammengefaßten Proportionen bzw. Abmessungen (vgl. auch Hg, 1). Tabelle 1:

D = 50 mm
von bis - vorzugsweise

125 25 10

20 35 75

300

L ist die Gesamtlänge des Plasmabrenners« ■

Die schlanke Form des Brennerkopfes 2 ist "erreicht dtiroh aie-Verwendung eiiaer besonders spitzwinkligen Schneiddüse 5, deren innerer und äußerer Winkel untereinander gleich und auch gleich dem inneren.-und äußeren Winkel der Düsenkappe Diiid. "Zwisahen der Düsenlcappö 4 und der Schneiddüse 5 wird der Kühlait-feelraum gebildet _f indem die Düsenkappe 4 mit einem lund β versehen ist_t welcher mit der Schneiddüse 5

00981B/011¹? "■■''' ~

κ	110	140
b	15	35
e		15
d	15	25
C	25	40
a=K-c	65	85
L	250	350

metallisch dichtet, so daß dadurch ein gleichmäßiger Ringspalt 7 als Kühlmittelraum entsteht.

Die Za- und Ableitung des Kühlmittels, im allgemeinen Wasser, erfolgt durch zwei um 180° gegeneinander versetzt angeordnete Schlitze 8j 9 im Düsenhalter 10, die einen kleinen Äußendurchmesser der Düsenkappe 4 ermöglichen.

Die Düsenkappe 4 ist mittels eines Gewindes 11 aufgeschraubt und mit einem Rundgummi 12 gedichtet. Sie drückt gleichzeitig mittsls ihres Bundes 6 die Schneiddüse 5 gegen einen Eundgummi 13. Die Anwendung einer spitzwinkligen Schneiddüse 5 ist möglich geworden durch den Einsatz einer Stabkatode 14 kleinen Durchmessers, welohe in einem bij in unmittelbare Nähe der Schneiddüse 5 vorgezogenen Katodenhalter 15 aus Kupfer zentriert und mittels einer von außen lösbaren Spannzange (nicht dargestellt) gehalten ist, Jurcli den v/eit vorgezogenen Ilatodonhalter 15 wird einmal eine sehr gute Wärmeableitung von der Stabkatode 14 erreicht, andererseits eine guto l'entrierun^ der Stablcatode 14 sur Schneiddüse 5 automatisch gewährleistet. Der zwischen Katodenhalter 15 und Düsenhalter 10 angeordnete Isolator 16 ist mit einem Innengewinde 17 versehen, welches eine tangentiale Gasführung gewährleistet. Die dadurch erreichte Grasumspülung des Katodenhalters 15 ergibt eine zusätzliche Kühlung desselben, außerdem ist ein gleichmäßig über den Umfang der Schneiddüsenwandung verteilter kühlender G-asmantel erzielt, der eine Dop^ellichtbogenbildting verhindert. Dieser zwischen Katodenhalter 15 und Düsenhalter 1C angeordnete Isolator 16 ist beiderseits mit einer ITlachformdichtung 18 aus Gummi versehen. Die im Düsenhalter 10; angeordneten um 180° versetzten Schlitze 8} 9 zur Küiilmittelzu- und -ableitung setzen sich geradlinig.als Bohrungen 19j 20 im Isolator \6 und im Katodenhalter 15 fort und enden an dort angebrachten Sehlauehanaehlücsen. Durch diese Anordnung entfallen besondere Kühlkanrle in KatodenhaTfcer 15« Sie Bohrungen 19j 20 sind im Isolator 16 mit .einem Gewinde 2t verseiun, so daß sich dadurch die isolierende Oberfläche um ein vielfaches vergrößert, _ , __ __

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Unmittelbar am Katodenhalter sind die Misehdüse und daran die Magnetventile für die Gaesteuerung im Schaft 1 'angeordnet·

Die Wasseranschlüsse und der Pilot Stromanschluß sind ebenfalls im Schaft 1 zugeführt.

Alle Anschlußleitungen, der Wasserzulauf 22, der Wasserrücklauf 23 mit der Stromzuführung 24, die Arbeitsgaszuführung 25, die Zusatzgaszuführung 26, die Pilotstromzuführung 27 und die Steuerleitungen 28 für die Magnetventile verlassen ale flexibles geschlossenes Paket axial den Plasmabrenner· Sie werden von einem Hullsclilauch 29 umgeben·

Der erfindungsgemäße Plasmabrenner zeichnet sich somit durch, vollkommen geschlossene Bauweise aus, was im praktischen Einsatz von großem Vorteil ist. Das Gehäuse ist bis eur Verjüngung zylindrisch. Der verjüngte Teil bildet einen Ge s amtwink el von kleiner als 16°, Die Düsenkappe 4 besitzt einen Gesamtwinkel von kleiner als 40°.

Der Plasmabrenner kann bei Schneiddüsendurchmessern von kleiner als 2 mm Lichtbogenleistungen.bis 30 kW umsetzen, wobei ein Kuhlmittelbedarf von nur etwa 5 l/min bei einem Maximaldruok von 3 kp/cm*v benötigt wird· Es lassen sich Werkstücke 30 bis zu einer Dicke von 50 mm bei einer Schnittbreite von kleiner als 3|5 mm schneiden und bearbeiten.

Der beschriebene Ilasmabrenner 1st in der Lage, als Einzelbrenner ohne Schwierigkeit einzustechen, da durch den extrem spitzwinkligen und im Durchmesser sehr kleinen Brennerkopf das aufgeschmolzene Material ungehindert nach oben abgeführt werden kann· Weiterhin ist eine ausgezeichnete Sichtmöglichlieit bei Kaß schritten bzw. bei Schnitten nach Anriß gegeben. Bei Schragschnitten ist eine extreme Winkeleinstellung, möglich, die allen Anforderungen der Praxis gerecht wird. Durch die schlanke Bauform und den kleinen Durchmesser des Brenners besonders ir; 3chneiddüsenbereich_f

BAD ORIGINAL ₈ _' ., 009816/0717

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ist es ohne weiteres möglich, mit einem Mehrbrenneraggregat 31 plasmazuschneiden, da die Einstellung und Halterung der Plasmabrenner analog der Autogenschweißtechnik möglich ist (vgl· Fig· 4)·Die einzelnen Plasmabrenner sind dabei mindestens um den Durchmesser des Plasmastrahleβ in Fahrtrichtung gegeneinander versetzt.

Durch die in den Plasmabrennern eingebauten Magnetventile sind bei Mehrbrenneraggregaten 31 für alle Plasmabrenner gemeinsame Gaszuleitungfen möglich, die sich erst unmittelbar am Aggregat 31 aufteilen. Alle Magnetventile, die beim Zünden der Pilotlichtbögen geöffnet sein müssen, können parallel geschaltet sein, um Steuerleitungen einzusparen»

Durch den geringen Kühlmittelbedarf genügt eine gemeinsame Kühlmittelleitung für mehrere Plasmabrenner,

Die einzelnen Hullschläuche gehen dann in einen gemeinsamen Hüllschlauch 32 über.

BAD ORJGlNAL 009816/C71?

Claims (1)

1. Patentansprüche x 20 · "

   1· Plasmabrenner, dadurch gekennzeichnet, daß seine Abmessungen als Teil oder als Vielfaches von seinem Aussendurchmasser (L) bestijamt sind, derart, daß sich der Brennerkopf (2) über eine länge (K), die etwa das 2,2 bis 2,8-fache, vorzugsweise das 2,5-fache, des Außendurchinessers (D) beträgt, auf einen Durchmesser (e) verjüngt, v/elcher das 0,1 bis 0,3-fache, vorzugsweise das 0,2-fache, des Außendurchmessers (D) betragt und daß sich der Konus (3) der Düsenkappe (4) von einem Durchmesser (b), der da3 0,3 bis 0,7-fache, vorzugsweise das .0,5-fache, des Außendurchmessers (D) betragt, über eine Länge (d), die das 0,3 bis 0,5-fache, vorzugsweise das 0,4-fache, des A'.iL endur chriess ers (D) beträft, auf den Durchmesser (e) verjüngt, und daß die gesamte Länge (c) der Düseiücai^e (4) das 0,5- bis 0,8-fache, vorzugsweise das 0,7-fache, des Außendurchmessero (D) betragt und daß sich die Länge (a) des Konus (3) oberhalb der Diisenkappe (4) aus der Differenz der Längen (i:) unö. (c) ergibt, wobei die Länge (a) das 1,3 bis 1,7-f^che, vorzugsweise das 1,5-fciche, des Auiendurcrjr.ecsers (E) beträgt .

   2» Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch £ci:ern-cicl.n2t, daß die Sclmeiddüse (5) mindestens um Tf ihrer Lär.^e aus der DüsenLa^pe (4) hervorragt und daß die JDüsenkappe (4) mit einen netallisch dichtenden T.uncl (6) versehen ist.

   3· Plasmabrenner nach Anspruch 1 und 2, dadM.rch gekennzeichnet, daß zwischen der üchneiddüse (5) und der Düsenkappe (4) ein gleichförmiger Eühlmittelrings£.alt_; (7) angeordnet ist.

   4· Plasmabrenner nach den Ansprüchen^ 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelzu- und -abfluß in der Düsenkappe (4) über zwei um 180° versetzte cclilitze (8; 9) im Düsenhalter (10) erfolgt,

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   BAD QFtiGi_NAL

   5· Plasmabrenner nach den Ansprüchen 1 "bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der um den Katodenhalter (15) angeordnete Isolator (16) mit einem Innengewinde (17) versehen ist.

   6« Plasmabrenner nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die im Isolator (16) angeordneten

   ', Bohrungen (19; 20) für den Kühlmittelzu- und -abfluß mit einem Gewinde (21) versehen sind.

   7· Plasmabrenner nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Zusammenschaltung mehrerer Eineelbrenner bu einem Mehrfachaggregat (31 )_f bis unmittelbar vor die linse!brenner die Leitungen für das Kühlmittel, die Arbeitsgase und die Steuerleitungen der beim Zünden der lilotlichtbögen geöffneten Hagnetven- * tile als gemeinsame Zuleitungen ausgebildet sind·

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