DE19831816A1 - Verbesserter Plasmabrenner - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen verbesserten Plasmabrenner.

Bei Plasmabrennern dieser Art wird ein elektrischer, zwischen einem zu bearbeitenden metallischen Gegenstand und einer Elektrode festgelegter Bogen zusammen mit einem ein- oder zweiatomigem Gas (beispielsweise Argon, Wasser­ stoff, Stickstoff, Sauerstoff u. a.) mit der Aufgabe ver­ wendet, das Gas selbst in den Plasmazustand mit sehr hohen Temperaturen zu bringen.

Im allgemeinen ist eine im wesentlichen zylinderförmige Elektrode vorgesehen, die am Brenner angebracht und über einen Leiter mit dem Minuspol der Kraftspannung verbunden ist. Es ist auch eine kappenförmige Anode vorgesehen, die an der Elektrode derart angebracht ist, daß deren End­ abschnitt abgedeckt wird, der als Düse festgelegt wird. Die Düse ist von der Elektrode isoliert und über einen zweiten Leiter mit dem Pluspol der Kraftspannung verbind­ bar. Zwischen der Düse und der Elektrode wird ein dünner Zwischenraum ausgebildet, in dem das plasmogene Gas unter Druck geführt wird, das über eine kleine, mittig von der Düse aufgewiesene Mündung nach außen treten kann.

Um den Gegenstand der vorliegenden Erfindung besser beschreiben zu können, wird auf die beigefügten Zeich­ nungen Bezug genommen, die, wie dies auch nachfolgend erwähnt wird, nicht beschränkende Beispiele für andere mögliche Ausführungen bilden.

Die vorliegende Lösung kann beispielsweise zur Her­ stellung eines Brenners für das Schneiden mit Plasmabogen bei Verwendung bis zu 70 A nach der Art benutzt werden, die üblicherweise Düsen und Elektroden sowohl kurzer als auch langer Art vorsieht.

Die Elektrode kurzer Art - will man höhere Standzeiten erreichen - werden über ein Rohrelement (mit 3' in Fig. 1 gekennzeichnet) gekühlt, das die Luft bis zur Bespülung seines inneren Endabschnittes leitet, wobei so das Ziel erreicht wird, den Bereich abzukühlen, wo Wärme erzeugt wird.

Bei dieser Art von Brenner wird die Elektrode langer Art im allgemeinen hergestellt, indem der Endteil der Elektrode selbst (mit 2 in Fig. 2 angegeben) verlängert wird, ohne daß für deren Abkühlung gesorgt wird. Daraus folgt, daß deren Standzeit gegenüber der kurzen Version herabgesetzt ist.

Der Vorteil in der Wirkungsweise, der bei der Verwendung von solchen Elektroden verlängerter Art erhalten wird, ist jedenfalls derart, daß deren Standzeitverkürzung in Kauf genommen wird.

Mit der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bil­ denden Verbesserung ist es u. a. gelungen, die Standzeit der Elektroden verlängerter Art unter den Anwendungs­ bedingungen bis zu den derzeitigen 70 A zu verbessern, wobei sie auf ähnliche Werte wie bei jenen bezüglich der kurzen Elektrode gebracht wurde. Überraschender Weise können überdies aufgrund der vorliegenden Lösung die Elektroden verlängerter Art mit Strömen bis 90 A ver­ wendet werden, wobei jedenfalls bei einer solchen Strom­ stärke eine höher Standzeit als bei der langen, nicht abgekühlten Version bei 70 A sichergestellt wird.

Um dieses Ziel zu erreichen, sieht die vorliegende Er­ findung ein Rohrelement größerer Ausdehnung (mit 3 in Fig. 3 angegeben) vor, das sich in Richtung der In­ nenseite des Endabschnittes 20 der Elektrode 2 ver­ längert.

Die Abmessungen dieses Rohrelementes sind äußerst wichtig, da sie den Luftdurchfluß und daher die Wirksamkeit des Brenners, insbesondere die Schneid­ quaiität festlegen. Aus diesem Grund kann der Innen­ durchmesser bevorzugter Weise zwischen 1,5 und 2,5 mm liegen, während der Außendurchmesser zwischen 3 und 3,8 mm liegt. Auch der Innendurchmesser der Elektrode kann Werte bevorzugter Weise zwischen 4,2 und 5 mm aufweisen, während der Außendurchmesser zwischen 5,6 und 6,6 mm liegt.

Aus durchgeführten Versuchen geht überdies hervor, daß der Abstand zwischen dem Rohrelement und dem Inneren der Elektrode (angegeben mit D_2,3 in Fig. 3) bevorzugter Weise zwischen 0,8 mm und 5 mm liegt.

In einem Brenner, der die Verwendung dieser Einzelheiten der verlängerten Art erlaubt, wäre es möglich sowohl einen Düsenhalter für Düsen nach der langen Art, versehen mit einem angemessenen Schutz, als auch einen Düsenhalter für Düsen kurzer Art zu verwenden.

Wie im Beispiel aus Fig. 4 dargestellt, besteht nämlich die Möglichkeit, daß an einem mit einer langen Elektrode 2 (eventuell mit einem Rohrelement 3 versehen oder ohne diese Einzelheit) versehenen Brenner zufälliger Weise ein Düsenhalter kurzer Art (ohne Düse) angebracht wird; in dieser Eventualität wäre die Maschine in der Lage, in Betrieb gesetzt zu werden, da es jedenfalls möglich wäre, die Sicherheitskontakte 4 und 4' mit den daraus folgenden Gefahrensituationen für den Benutzer zu schließen, da es möglich wäre, das Rohrelement oder die Elektrode (Minus­ pol) und auch den metallischen Teil des Düsenhalters (Pluspol und mit 5 in Fig. 4 angegeben) zu berühren.

Um diese Möglichkeit auszuschalten und die daraus folgen­ den Gefahrensituationen zu unterbinden, sieht die Erfin­ dung einen Wechsel des Gewindes des Kopfteiles vor, an dem der Düsenhalter aufgeschraubt wird.

Insbesondere weist das Gewinde eine Steigung zwischen 1,1 mm und 1,4 mm auf.

Durch die oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Vor­ kehrungen wurden die nachfolgend beschriebenen Ergebnisse erzielt.

Es werden die jetzigen Abmessungen der Kopfabschnitte beibehalten, so daß die Verwendung von schon bestehenden Einrichtungen wie z. B. Schablonen, Lehren usw. mit den vorherigen Maßen erlaubt wird.

Wird überdies die vorliegende Erfindung in Kombination mit einem Düsenhalter nach der langen Art ähnlich wie vom Gegenstand der italienischen Patentanmeldung Nr. B096A000360 mit langer Elektrode, mit verlängertem Rohrelement und langer Düse (siehe italienische Patentanmeldung Nr. B096A000137), mit einem Halsglied ähnlich wie in der italienischen Patentanmeldung Nr. B096A000360 beschrieben, verwendet, ist ein System ge­ schaffen, das unter dem Profil der vorgeschlagenen Angemessenheit der Lösung bezüglich aller Sicherheits­ vorschriften für den Benutzer sicher ist.

Bei Verwendung, wie oben erläutert, des langen Düsen­ halters, der langen Elektrode, des langen Rohrs, der langen Düse, des Düsenhaltergliedes, ist überdies ein System geschaffen, das es erlaubt, mit langen Elektro­ den/Düsen (und daher mit anerkannten funktionellen Vor­ teilen mit diesen langen Elektroden/Düsen) Standzeiten zu erhalten, die mit jenen der kurzen Elektroden/Düsen ver­ gleichbar, wenn nicht höher liegend sind, wobei so im Be­ trieb erhebliche wirtschaftliche Vorteile erhalten wer­ den.

Ein weiteres von der vorliegenden Erfindung vorgesehenes Merkmal besteht überdies darin, die Elektrode in zwei Teile, wie im nicht beschränkenden Beispiel der Fig. 5 und 6 erläutert, zu trennen.

Auch in diesem Fall kann die Länge des Rohrelementes auf ein größtmögliches Maß verlängert werden und die Länge des distalen Teils, gekennzeichnet mit 7 in Fig. 5 und 6, auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden.

Mit dieser Lösung werden gleichzeitig zwei Ergebnisse erhalten: die Kühlung in die Nähe des Bereiches zu bringen, wo die Wärme erzeugt wird, und die Kosten der auszutauschenden Einzelheit herabzusetzen.

Die technischen Merkmale der Erfindung gehen gemäß den oben angegebenen Zielen aus dem Inhalt der nachfolgenden Ansprüchen hervor und die Vorteile desselben werden in der nachfolgenden eingehenden Beschreibung deutlicher, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, die eine nur beispielsweise und nicht beschrän­ kende Ausführungsform darstellen. Es zeigen,

Fig. 1 in einer Seitenansicht mit Teilen im Schnitt ein Ausführungsbeispiel eines mit einer Düse kurzer Art ausgerüsteten Plasmabrenners;

Fig. 2 in einer Seitenansicht mit Teilen im Schnitt, ein Ausführungsbeispiel eines mit einer Düse verlän­ gerter Art ausgerüsteten Plasmabrenners;

Fig. 3 in einer Seitenansicht mit Teilen im Schnitt, ein Ausführungsbeispiel eines Plasmabrenners gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 in einer Seitenansicht mit Teilen im Schnitt, ein Ausführungsbeispiel eines Plasmabrenners in einer Ausbildung mit fehlerhafter Montage;

Fig. 5 und 6 in einer Ansicht im Längsschnitt, ein Aus­ führungsbeispiel einer Elektrode gemäß der vor­ liegenden Erfindung.

Entsprechend den Figuren der beigefügten Zeichnungen, insbesondere Fig. 1 bis 4 sieht ein Plasmabrenner die Aufnahme einer Elektrode 2 dank von angemessenen Zu­ ordnungsmitteln im wesentlichen bekannter Art, wie die mit 29 in den Figuren angegebenen Gewinde, vor.

Die Elektrode 2 weist einen Innenhohlraum 21 auf, der sich bis in die Nähe des distalen Endes 22 der Elektrode selbst erstreckt.

Wie schon oben auch beschrieben sind Mittel zur Zuführung eines Kühlmittels vorgesehen, die aus einem Rohrelement 3 bestehen, das gegenüber der Elektrode 2 unter den Ver­ wendungsbedingungen des Brenners koaxial angeordnet ist, d. h. wenn die Elektrode 2 am mit 1 in seiner Gesamtheit gekennzeichneten Brenner befestigt ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung erstreckt sich das Rohr­ element 3 innerhalb des Innenhohlraumes 21 bis es ein Maß im wesentlichen nahe dem Innenabschnitt 20 des distalen Endes 22 erreicht. Auf diese Weise wird eine Kühlleitung festgelegt, die eine Austrittsmündung 30 unter einer im wesentlichen unmittelbaren Berührung oder jedenfalls angenähert am distalen Ende 22 (oder dessen Innenab­ schnitt 20) aufweist.

Gemäß einem bevorzugten, jedoch nicht beschränkenden Ausführungsbeispiel weist das Rohrelement 3 einen Innen­ durchmesser D3i mit einem Betrag im wesentlichen zwischen 1,5 mm und 2,5 mm und einen Außendurchmesser D3e mit einem Betrag im wesentlichen zwischen 3 mm und 3,8 mm auf.

Die Elektrode kann einen Innendurchmesser D2i eines Betrages im wesentlichen zwischen 4,2 mm und 5 mm und einen Außendurchmesser D2e eines Betrages im wesentlichen zwischen 5,6 mm und 6,6 mm aufweisen.

Gemäß einem bevorzugten, jedoch nicht beschränkenden Ausführungsbeispiel liegt der Abstandswert D_2,3 zwischen dem unteren Abschnitt 30 des Rohrelementes 3 und dem Innenabschnitt 20 des distalen Endes 22 im wesentlichen zwischen 0,8 mm und 5 mm.

Zur Verbesserung der Sicherheitsbedingungen weisen, wie schon oben erläutert, das Paar von komplementären Gewinden 8 und 9, die jeweils am Körper 16 des Brenners 1 und am Düsenhalterelement 17 vorgesehen sind, eine Steigung im wesentlichen zwischen 1,1 mm und 1,4 mm auf.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 und 6 ist die Elektrode 2 in ein erstes bzw. proximales Teil 6 und in ein zweites bzw. distales Teil 7 zerlegbar.

Das erste Teil 6 ist mit einem Gewinde 61 versehen, das zu einem entsprechenden Gewinde komplementär ist, das am Verbindungselement am Brenner 1 (wie in Fig. 3 darge­ stellt) vorgesehen ist: praktisch handelt es sich um zweite Zuordnungsmittel 61, die zu den ersten, am Element 15 vorgesehenen Zuordnungsmitteln 14 komplementär sind.

Das zweite bzw. distale Teil 7 ist vom ersten Teil 6 ab­ nehmbar und demselben durch komplementäre Gewinde 67, 76 zuordenbar, die jeweils am ersten und am zweiten Teil vorgesehen sind.

Die Gewinde 67 und 76 sind an einer Höhe im wesentlichen in der Nähe des unteren bzw. distalen Endes 22 der Elektrode 2 derart vorgesehen, daß die Aufnahme des oben beschriebenen Rohrelementes 3 innerhalb des Hohlraumes 21 und oberhalb der Gewinde 67 und 76 erlaubt wird.

Das als letzte beschriebene Merkmal erlaubt es, bei Ab­ nutzung nur das zweite bzw. distale Teil 7 der Elektrode 2 zu ersetzen; und gleichzeitig ermöglicht es, die Elektrode dank des Rohrelementes 3 der verlängerten Art abzukühlen.

Eine weitere Einzelheit der vorliegenden Erfindung, wie besser aus Fig. 3 hervorgeht, bezieht sich auf die Tat­ sache, daß die Düse 26 unten, d. h. im Bereich eines di­ stalen Teils einen Kranz oder einen Schutzabschnitt 27 derart aufweist, daß etwaige Strömungen während der Be­ arbeitung nach außen geleitet werden.

Die so ausgebildete Erfindung kann zahlreiche Änderungen und Varianten erfahren, die alle innerhalb des Schutz­ bereiches der Erfindung liegen. Alle Einzelheiten können überdies durch technisch äquivalente Elemente ersetzt werden.

Claims (11)

1. Verbesserter Plasmabrenner nach der Art, die Zu­ ordnungsmittel aufweist, die die Befestigung min­ destens einer Elektrode erlauben, die einen Innen­ hohlraum aufweist, der sich bis in die Nähe des distalen Endes der Elektrode selbst erstreckt, wobei Kühlmittelzuführmittel vorgesehen sind, die aus einem Rohrelement bestehen, das zur Elektrode koaxial an­ geordnet ist, sobald diese am Brenner selbst be­ festigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr­ element (3) sich innerhalb des Innenhohlraumes (21) erstreckt, bis es eine Höhe im wesentlichen nahe dem Innenabschnitt (20) des distalen Endes (22) derart erreicht, daß eine Kühlleitung festgelegt wird, die eine Austrittsmündung (30) mit einer im wesentlichen unmittelbaren Berührung oder jedenfalls angenähert am distalen Ende (22) aufweist.

2. Verbesserter Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrelement (3) einen Innen­ durchmesser (D3i) eines Betrages im wesentlichen zwischen 1,5 mm und 2,5 mm aufweist.

3. Verbesserter Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrelement (3) einen Außen­ durchmesser (D3e) eines Betrages im wesentlichen zwi­ schen 3 mm und 3,8 mm aufweist.

4. Verbesserter Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (2) einen Innen­ durchmesser (D2i) eines Betrages im wesentlichen zwischen 4,2 mm und 5 mm aufweist.

5. Verbesserter Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode einen Außen­ durchmesser (D2e) eines Betrages im wesentlichen zwischen 5,6 mm und 6,6 mm aufweist.

6. Verbesserter Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag des Abstandes (D_2,3) zwischen dem unteren Abschnitt (30) des Rohrelementes (3) und dem Innenabschnitt (20) des distalen Endes (22) im wesentlichen zwischen 0,8 mm und 5 mm liegt.

7. Verbesserter Plasmabrenner nach der Art, aufweisend Zuordnungsmittel zu einem Düsenhalterelement, die mindestens ein Paar von komplementären Gewinden, die jeweils am Körper des Plasmabrenners und am Düsen­ halterelement vorgesehen sind, umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß die komplementären Gewinde (8, 9) eine Steigung im wesentlichen zwischen 1,1 mm und 1,4 mm aufweisen.

8. Verbesserter Plasmabrenner nach der Art, aufweisend erste Zuordnungsmittel zur Befestigung einer Elektro­ de, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (2) in ein erstes bzw. proximales Teil (6), versehen mit zu den ersten Zuordnungsmitteln komplementären Zu­ ordnungsmitteln (61), und in ein zweites bzw. dista­ les Teil (7) zerlegbar ist, das vom ersten Teil (6) abnehmbar und demselben durch komplementäre Gewinde (67, 76) zuordenbar ist.

9. Verbesserter Plasmabrenner nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewinde (67, 76) an einer Höhe im wesentlichen nahe dem unteren bzw. distalen Ende (22) der Elektrode (2) derart vorge­ sehen sind, daß die Aufnahme des Rohrelementes (3) innerhalb des Innenhohlraumes (21) und oberhalb der Gewinde (67, 76) erlaubt wird.

10. Verbesserter Plasmabrenner nach Anspruch 1, wo an der Elektrode (2) eine Düse (26) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (26) unten bzw. im Be­ reich seines distalen Teiles, einen Kranz oder einen Schutzabschnitt (27) aufweist.

11. Verbesserter Plasmabrenner nach den vorstehenden Ansprüchen und nach dem was unter Bezugnahme auf die Figuren der beigefügten Zeichnungen und für die angegebenen Zwecke beschrieben und erläutert wurde.