DE1925563U - Plasmabrenner. - Google Patents

Description

Plasmabrenner

Bei Plasmabrennern wird ein kontinuierlicher Gasstrom in einem lichtbogen erhitzt, wobei die Moleküle zu Atomen dissoziiert und diese ionisiert werden. Der Gasstrom hat dann Plasmaeigen schaften angenommen. Plasmabrenner haben ein weites Anwendungsgebiet, Sie dienen zum Schweißen, Schneiden, Pulver auftragen sowie zur DurcJhf-"führung chemischer Reaktionen und liefern Strahlantrieben den Gasstrom. ■ " .- _:

Bei Plasmabrennern tritt das Problem auf, in einer lichtbogen kammer auf verhältnismäßig kleinem Raum große Leistungen umzusetzen,

No/Hs

PLA 65/1211

Elektroden und Kammerwände sind deshalb sehr großen Belastungen ausgesetzt. Man wird daher diese Bauteile kühlen und den Lichtbogen über die Oberfläche von Ringelektroden mit hoher Geschwindigkeit rotieren lassen.* Das kann man durch ein Magnetfeld erreichen, dessen Kraftlinien zum Lichtbogen senkrecht verlaufen. Schwierigkeiten bereitet dabei das Auswandern des Lichtbogens untei seiner Fliehkraft, weshalb die Gefahr besteht, daß die Kammerwände beschädigt werden,sowie die Elektrodenflanken, die für eine solche Belastung durch den Lichtbogenfußpunkt nicht dimensioniert sind» Mit der Neuerung werden diese Schwierigkeiten behoben.

Die neue Vorrichtung bezieht sich auf Plasmabrenner, bei denen ein zwischen Elektroden brenneiderLichtbogen zum Aufheizen von Gasen über die Elektrodenoberfläche rotiert. Die Neuerung besteht in einem potentialfrei gehaltenen Doppel stützring, mit einem Ringspalt für den Lichtbogen. Dieser Doppelstützring ist. zwischen axial einander gegenüberstehenden Ringelektroden besondere wirkungsvoll. Der Lichtbogen wird dabei auch in Lichtbogenrichtung zwischen erstaunlich dünnen Wänden des Doppelstützringes noch ■ sicher geführt, so daß er ohne auszuwandern, ruhig brennt.

Wesentlich ist, daß die den Lichtbogen berührenden Seitenwände des Doppelstützringes relativ kühl gegenüber der Lichtbogentemperatur sind, so daß ein an sich bekannter Wandstabilisierungseffekt eintritt. Dazu kann der Doppelstützring erforderlichenfalls mittels eines durch Kühlkanäle geleiteten Kühlmediums ausreichend gekühlt

-. 2 - , ' ' No/Hs

PIA 65/1211 .

werden. Das Überraschende der Neuerung ist dabei, daß die den Lichtbogen führenden Ringe des Doppelstützringes sehr niedrig bzw. dünn seine· können. Pur axial gegenüberstehende Ringelektroden kann man die Ringe des Doppelstützringes scheibenförmig ausbilden und bei einem Elektrodenabstand von 10 mm beispielsweise 2 mm dünn ausbilden. Dadurch wird dem Lichtbogen nur sehr wenig Wärme zur Stabilisierung entzogen.

Die Neuerung soll anhand eines in der Zeichnung grob schematisch dargestellten Ausführungsbeipiels näher erläutert werden.

Die axial geschnitten dargestellte Ringelektrode 1 und die in Seitenansicht wiedergegebene Ringelektrode 2 sind in der zylindrischen Lichtbogenkammer 3 einander axial gegenüberstehend angeordnet. Die iCrregerringwicklungen 4 und 5 sind so erregt, daß ein Cuspfeld der Induktion B mit dem angedeuteten Feldlinienverlauf erzeugt wird. Das Magnetfeld verläuft im Inneren der Lichtbogenkammer 3 senkrecht zum Lichtbogen 6, der durch die Rotation im Magnetfeld zu einer Zylinderwand auseanandergezogen wird. Der Lichtbogen wird dabei durch den Doppelstützring 7 geführt. Das zu erhitzende Arbeitsgas, das im einfachsten Pail Luft sein kann, wird beispielsweise über die Zuleitungsrohre 8 und 9 in die Lichtbogenkammer 3 eingeleitet, Weist die .Ringelektrode 1 einen Boden IC auf, so wird der Gasstrom seitlich in die Lichtbogenzone 6 eingeführt. Es wird aufgeheizt und strömt dann durch einen Austrittskanal in der Ringelektrode 2, der als Lavaldüse 11 zur Gasbeschleu*-

- 3 - Νο/Ηϊ

• PLA 65/1211

nigung ausgebildet sein kann, aus- der Lichtbogenkammer hinaus» In den Ringelektroden 1 und 2 können ringspaltförmige Kühlkanäle 12 ausgebildet sein, die über Zuführungsrohre 13 und Ableitungsrohre 14 an einen Kühlkreislauf angeschlossen sind. Werden diese Rohre wie die Elektroden aus elektrisch leitendem Material gefertigt, so kann man den Elektroden die Lichtbogenspannung über diese Anschlußrohre für das Kühlmittel zuführen.- Im Ausführungsbeispiel dient der Generator 15 der .Lichtbogenstromversorgung. Die Anschlußrohre 13 und 14 sind dann gegen die Lichtbogenkammer 3 durch Isolierringe 16 elektrisch zu isolieren. Außerdem kann die Lavaldüse 11 gegen Elektrodenpotential isoliert sein.

Der Doppelstützring 7 kann von einer topfförmigen Käfighalterung sowie durch ein ähnlich ausgebildetes Gestell 18 gehalten werden. Die Käfighalterung 17 trägt den äußeren Ring und die Halterung 18 den inneren Ring des Doppelstützringes 7, Diese Ringe schließen den Ringspalt für den Lichtbogen 6 ein. Die Halterungen 17 und 18 sind potentialfrei angeordnet. Dazu wird eine Berührung mit den Elektroden vermieden und die tragende Stütze 19 für die Halterung 1β durch die Lichtbogenkammer 3 mittels.eines Isolierringes 20 isoliert durchgeführt. Mit einem Handrad 21 kann die Stütze 19 und die- damit verbundene Käfighalterung 17 verstellt werden. Die Halterung 18 wird

/stütze 19 und

ebenfalls durch Schraubgewinde in der Isolierung 20 axial verstellt. Dadurch läßt sich der Doppelstützring 7 so einregulieren, daß er bei den jeweiligen Betriebsverhältnissen den Lichtbogen gerade am besten stützt.

- 4 - No/Hs

" ; .ELA 65/1211

Der Doppelstützring 7 kann im wesentlichen aus zwei radial benachbart liegenden konzentrischen Ringfahnen 22 bestehen. Bei einem Elektroden· abstand von 10 mm ist eine Ringfahnendicke von 2 mm ausreichend * Diese Ringfahnen-ν können aus einem wärmeleitenden Material wie Kupfer bestehen und über nach außen anschließende Ringkanäle 23 aus gleichem oder ähnlichen Material durch ein Kühlmittel gekühlt werden. Der Einfachheit halber sind die Kühlmittelzu- und Ableitungen für die Kühlringe 23 nicht dargestellt. Für diese Anschlüsse eignen sich. bewegliche Rohrschläuche bekannter Art. Bei einem Elektrodenabstand von 10 mm ist ein Ringspalt von 5 bis 6 mm ausreichend, um den Lichtbogen 6 sicher zu führen. Bei gekühlten Kupferfahnen kann man den Ringspalt bis auf 3 mm verengen. Ein potentialfreier Doppelstützring kann auch direkt aus elektrisch- isolierendem Material gefertigt werden. Die Stützringe können dann als etwas breitere -VoIlprofile aus Stoffen wie Graphit, -Keramik, oder einem anderen temperaturbeständigen Material hergestellt werden. Graphitringe haben sich besonders bewährt und den Elektrodenabbrand günstig beeinflußt.

Der besondere Vorteil des Doppelstützringes, also eines Stützringes aus zwei zum Lichtbogen benachbarten Ringsystemen liegt gegenüber einem einzigen außen am Lichtbogen herumgeführten Ring darin, daß Lichtbogenschwingungen vermieden werden. Durch solche Schwingungen ergäbe sich die Gefahr, daß der Lichtbogen den, Stützring anleckt und ihn Örtlich zerstört. Diese Gefahr bestünde vor allem dann, wenn der Stützring aus elektrisch isolierendem Material - das auch gewöhnlich Wärme schlecht leitet - gefertigt ist.

- 5 - No/Hs

■ .PLA 65/1211

Der Elektrodenabstand zwischen den Ringelektroden 1 und 2 kann im Ausführungsbeispiel durch die Elektrode 1 verändert werden. Diese Ringelektrode ist mit einem Führungsring 24 und einer Stellschraube 25 mit der Zentralstütze 19 verbunden.

7 Schutz an sprüche
1 Figur

- 6 - Io/Hs

Claims (7)

RA. 206132*23.4.6!. 1 PIA 65/12Ί1 ■ Schutzansprüche . _ ' "■

1. Plasmabrenner, bei denen ein zwischen Elektroden brennender Lichtbogen zum Aufheizen von Gasen über die Elektrodenoberfläche rotiert, gekennzeichnet durch einen potentialfrei gehaltenen Doppelstützring mit einem Ringspalt für den Lichtbogen.

2. Plasmabrenner nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelstützring zwischen axial einander gegenüberstehenden Ringelektroden angeordnet ist.

3. Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelstützring aus gehalterten Kühlmitt'elrohren besteht, die am Ringspalt, in Ringfahnen aus gut wärmeleitendem Material übergehen.

4. Plasmabrenner nach den Ansprüchen 1 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelstützring aus Kupfer gefertigt ist.

5. Plasmabrenner nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch einen Eingspalt von 5 bis 6 mm für einen Elektrodenabstand von

1O mm. " "

6. Plasmabrenner nach den Ansprüchen 1 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfahnen 2 mm dick sind.

7. Plasmabrenner nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet,

daß der Doppelstützring aus Vollprofilen aus einem Isoliermaterial wie keramik oder Graphit gefertigt ist.

No/Hs