DE202004021663U1 - plasma torch - Google Patents

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Abstract

Düsenschutzkappe (7) für einen Plasmabrenner (1) mit einer Innenfläche, die einen radialen Vorsprung, einen sich in Richtung zu ihrem vorderen Ende anschließenden, im wesentlichen zylindrischen ersten Abschnitt, einen sich in Richtung zu ihrem vorderen Ende anschließenden, sich in Richtung zu ihrem vorderen Ende im wesentlichen kegelförmig verjüngenden zweiten Abschnitt sowie einen sich daran anschließenden unter einem im wesentlichen rechten Winkel zur Längsachse gerichteten dritten Abschnitt aufweist.A nozzle cap (7) for a plasma torch (1) having an inner surface defining a radial projection, a substantially cylindrical first section adjacent to its forward end, one towards its forward end, towards its Having the front end substantially conically tapered second portion and an adjoining directed at a substantially right angle to the longitudinal axis of the third section.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Plasmabrenner gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, der sowohl zum Trockenschneiden als auch Unterwasserschneiden verschiedener metallischer Werkstücke dient.The The present invention relates to a plasma torch according to the The preamble of claim 1, which is used both for dry cutting as well as underwater cutting of various metal workpieces serves.

Beim Plasmaschneiden wird zunächst ein Lichtbogen (Pilotlichtbogen) zwischen einer Kathode (Elektrode) und Anode (Düse) gezündet und danach direkt auf ein Werkstück übertragen, um damit einen Schnitt herzustellen.At the Plasma arc cutting is initially an arc (pilot arc) between a cathode (electrode) and anode (nozzle) ignited and then transferred directly to a workpiece, to make a cut with it.

Dieser Lichtbogen erzeugt ein Plasma, das ein thermisch hochaufgeheiztes, elektrisch leitfähiges Gas ist, welches aus positiven und negativen Ionen, Elektronen sowie angeregten und neutralen Atomen und Molekülen besteht.This Arc creates a plasma that is a thermally highly heated, is electrically conductive gas, which consists of positive and negative ions, electrons as well as excited and neutral atoms and molecules.

Als Plasmagas werden Gase wie Argon, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff oder Luft eingesetzt. Diese Gase werden durch die Energie des Lichtbogens ionisiert und dissoziiert. Der daraus entstehende Plasmastrahl wird zum Schneiden des Werkstücks eingesetzt Ein moderner Plasmabrenner entsteht aus Grundbauteilen wie Brennerkörper, Elektrode (Kathode), Düse, eine oder mehrere Schutzkappen, welche die Düse umgeben, sowie die Verbindungen, die zur Versorgung des Brenners mit Strom, Gasen und/oder Flüssigkeiten dienen.When Plasma gases become gases such as argon, hydrogen, nitrogen, oxygen or air used. These gases are generated by the energy of the arc ionized and dissociated. The resulting plasma jet is used for cutting the workpiece A modern plasma torch is created from basic components such as torch body, electrode (cathode), Nozzle, one or more protective caps, which the nozzle surrounded, as well as the connections that supply the burner Serve with electricity, gases and / or liquids.

Die Düse kann aus einem oder mehreren Teilen bestehen. Bei direkt wassergekühlten Brennern wird die Düse von einer Düsenkappe gehalten. Zwischen der Düse und Düsenkappe strömt Kühlwasser. Das Sekundärgas strömt zwischen der Düse und Schutzkappe.The Nozzle can consist of one or more parts. at directly water-cooled burners is the nozzle held by a nozzle cap. Between the nozzle and nozzle cap flows cooling water. The Secondary gas flows between the nozzle and Protective cap.

Bei gasgekühlten Brennern und indirekt wassergekühlten Brennern kann die Düsenkappe entfallen. Dann strömt das Sekundärgas zwischen der Düse und Schutzkappe.at gas-cooled burners and indirectly water-cooled Burners can account for the nozzle cap. Then it flows the secondary gas between the nozzle and protective cap.

Die Elektrode und die Düse sind zueinander in einem bestimmten räumlichen Verhältnis angeordnet und begrenzen einen Raum – die Plasmakammer, in der dieser Plasmastrahl erzeugt wird. Der Plasmastrahl kann in seinen Parametern wie z. B. Durchmesser, Temperatur, Energiedichte und Durchflussrate des Plasmagases durch die Gestaltung der Düse und Elektrode stark beeinflusst werden.The Electrode and the nozzle are in a specific relationship arranged and limit spatial relationship a space - the plasma chamber in which this plasma jet is produced. The plasma jet can be used in its parameters such. B. diameter, temperature, energy density and flow rate of the Plasma gas through the design of the nozzle and electrode be strongly influenced.

Für die unterschiedlichen Plasmagase werden die Elektroden und Düsen aus unterschiedlichen Materialen und in verschiedenen Formen hergestellt.For the different plasma gases become the electrodes and nozzles made of different materials and in different shapes.

Düsen werden in der Regel aus Kupfer hergestellt und direkt oder indirekt wassergekühlt. Je nach Schneidaufgabe und elektrischer Leistung des Plasmabrenners werden Düsen eingesetzt, die unterschiedliche Innenkonturen und Öffnungen mit unterschiedlichen Durchmessern aufweisen und damit die optimalen Schneidergebnisse liefern.jet are usually made of copper and directly or indirectly water-cooled. Depending on the cutting task and electrical Power of the plasma torch nozzles are used, the different inner contours and openings with different Have diameters and thus the best cutting results deliver.

Um eine Düse während des Schneidprozesses vor der Wärme und herausspritzendem geschmolzenem Metall des Werkstücks zu schützen, werden Düsen durch Schutzkappen umschlossen. Durch den Zwischenraum zwischen Düse und Schutzkappe strömt ein Sekundärgas. Dieses dient zur Schaffung einer definierten Atmosphäre, zur Einschnürung des Plasmastrahls und den Schutz vor Spritzen beim Einstechen.Around a nozzle during the cutting process before the Heat and spewing molten metal of the workpiece To protect, nozzles are enclosed by protective caps. By the space between nozzle and cap flows a secondary gas. This serves to create a defined Atmosphere, to constrict the plasma jet and protection against splashing during piercing.

In der Patentanmeldung DE 38 32 630 A1 wird der Plasmastrahl beim Unterwasserschneiden durch einen Gaswirbel geschützt, der mit hoher Geschwindigkeit um den Plasmastrahl rotiert. Auf der Düsenkappe werden fünf bis zwanzig Gasleitführungen in Form eines Stabs symmetrisch angeordnet. Die durch die kegelförmige tangentiale Anordnung der Gasleitführungen und die Brennerkappe gebildeten Gasleitkanäle fließende Sekundärgas umströmt tangential den Plasmastrahl und bildet einen hyperbolischen Wirbel, was den Zutritt des Wassers zum Plasmastrahl verhindert. Dieser Brenner kann aber auch zum Trockenschneiden verwendet werden, wobei das wirbelnde Sekundärgas die Brennerspitze vor dem geschmolzenen Metall des Werkstücks insbesondere beim Einstechen wesentlich schützt.In the patent application DE 38 32 630 A1 In the case of underwater cutting, the plasma jet is protected by a gas vortex, which rotates at high speed around the plasma jet. On the nozzle cap five to twenty gas guide in the form of a rod are arranged symmetrically. The secondary gas flowing through the conical tangential arrangement of the Gasleitführungen and the burner cap flowing secondary gas flows tangentially around the plasma jet and forms a hyperbolic vortex, which prevents the access of the water to the plasma jet. However, this burner can also be used for dry cutting, wherein the swirling secondary gas protects the burner tip in front of the molten metal of the workpiece, especially during piercing substantially.

Um die Oxidation der Schnittflächen durch eine Reaktion mit dem in der Umgebungsluft befindlichen Sauerstoff zu verhindern, spielt die Auswahl des Sekundärgases eine wichtige Rolle. In der früheren Patentanmeldung DE 101 44 516 A1 der vorliegenden Anmelderin wird Stickstoff als Sekundärgas eingesetzt. Der Plasmastrahl wird mit dem Sekundärgas, das zwischen der Düsenkappe und Schutzkappe durch den daraus entstandenen Durchgang geleitet wird und aus der ringförmigen Öffnung in die Richtung des Werkstücks austritt, umströmt. Dadurch wird eine im wesentlichen nicht oxidierende Atmosphäre am Werkstück gewährleis tet. Dieser Effekt kann durch das Zumischen von geringen Anteilen Wasserstoff (z. B. 1 bis 20%) noch verstärkt werden.In order to prevent the oxidation of the cut surfaces by a reaction with the oxygen in the ambient air, the selection of the secondary gas plays an important role. In the earlier patent application DE 101 44 516 A1 The present applicant uses nitrogen as a secondary gas. The plasma jet is flowed around with the secondary gas, which is passed between the nozzle cap and protective cap through the resulting passage and exits from the annular opening in the direction of the workpiece. As a result, a substantially non-oxidizing atmosphere on the workpiece is ensured. This effect can be enhanced by adding small amounts of hydrogen (eg 1 to 20%).

Im Plasmabrenner nach dem Patent EP 0 573 653 B1 wird das durch einen ringförmigen Sekundärgaskanal hindurchtretende Sekundärgas durch einen Isolator zwischen der Düsenkappe und Schutzkappe ausgerichtet. Der Isolator hat kleine Bohrungen, die so geformt sind, dass das Sekundärgas entlang der Axialrichtung des Brennerkörpers austritt und mit ausreichender Menge und Geschwindigkeit den Plasmabogen umgibt. In einem anderen Isolator wird der Sekundärstrom als kreisender Strom erzeugt, in dem der im Isolator gebildete Richtkanal spiralförmig bezüglich des Zentralbereiches des Brenners ausgebildet ist.In the plasma torch according to the patent EP 0 573 653 B1 For example, the secondary gas passing through an annular secondary gas passage is aligned by an insulator between the nozzle cap and the protective cap. The insulator has small holes that are shaped so that the secondary gas exits along the axial direction of the burner body and surrounds the plasma arc with sufficient quantity and speed. In another isolator, the secondary current is generated as a circulating current, in which the straightening channel formed in the isolator spirally with respect to the central region of the Burner is formed.

Im Patent EP 0 801 882 B1 lenkt eine Schutzkappe entlang einer kegelförmigen Oberfläche einer Düsenkappe eine Sekundärgasströmung auf den Lichtbogen. Während des Schneidens wird die Geschwindigkeit dieser Strömung so reduziert, dass der Lichtbogen nicht destabilisiert wird. Diese Schutzkappe enthält einige Entlüftungsöffnungen, die das überflüssige Gas weglenken. Die Schutzkappe und Sekundärgasströmung schützen die Düse vor geschmolzenem Metall, das von einem Werkstück auf die Düse spritzen und eine Beschädigung oder eine Parallellichtbogenbildung bewirken kann.In the patent EP 0 801 882 B1 A protective cap directs a secondary gas flow along the arcuate surface of a nozzle cap onto the arc. During cutting, the velocity of this flow is reduced so that the arc is not destabilized. This cap contains some vents that divert the excess gas away. The protective cap and secondary gas flow protect the nozzle from molten metal that can splash from a workpiece onto the nozzle and cause damage or parallel arcing.

In den oben genannten Beispielen ergibt sich der Nachteil, dass der Plasmastrahl durch das direkte Anströmen mit dem Sekundärgas, insbesondere bei einem Sekundärgasvolumenstrom, der größer als der Plasmagasvolumenstrom ist, instabil wird. Die Instabilität macht sich vor allem beim Überfahren von technologisch bedingten Schnittfugen und bei Richtungs- und Geschwindigkeitsänderungen, wie z. B. an Ecken und am Schneidbeginn bemerkbar. Beim Überfahren einer Schnittfuge stabilisiert sich der Schneidlichtbogen nur langsam. Es kommt zum Schwingen des Schneidlichtbogens. Dieses Schwingen bildet sich auf der entstehenden Schnittkante ab und führt so zu einer Qualitätsverschlechterung.In The above examples give the disadvantage that the Plasma jet by the direct flow of secondary gas, especially with a secondary gas volume flow, the larger as the plasma gas volume flow is unstable. The instability makes itself especially when driving over technologically conditional kerfs and directional and velocity changes, such as B. noticeable at corners and at the beginning of cutting. When driving over a kerf stabilizes the cutting arc only slowly. It comes to swinging the cutting arc. This swing forms on the resulting cut edge and leads so to a quality deterioration.

In US 6 207 923 B1 strömt ein Sekundärgas in einem Zwischenraum zwischen einer Düse mit einem verlängerten Düsenmund und einer Schutzkappe. Die Austrittsöffnung der Schutzkappe ist so geformt, dass der Düsenmund sich teilweise zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Austrittsöffnung befindet. Eine solche Anordnung erzeugt eine im wesentlichen säulenförmige Strömung des Sekundärgases um den Plasmastrahl, ohne den Plasmastrahl wesentlich zu stören, und soll die Düse vor hochspritzendem Metall des Werkstücks schützen.In US Pat. No. 6,207,923 B1 A secondary gas flows in a gap between a nozzle with an extended nozzle mouth and a protective cap. The outlet opening of the protective cap is shaped so that the nozzle mouth is partially between the inlet and the outlet of the outlet opening. Such an arrangement produces a substantially columnar flow of secondary gas around the plasma jet without substantially disturbing the plasma jet and is intended to protect the nozzle from spattering metal of the workpiece.

Nachteil dieses Verfahrens ist, dass der Düsenmund nur unzureichend vor hochspritzendem Metall insbesondere beim Einstechen des Plasmastrahls in das Werkstück geschützt ist. Weiterhin kann das Sekundärgas nicht gezielt in den Plasmastrahl gelenkt werden, um eine gute Schnittqualität zu erreichen.disadvantage This method is that the nozzle mouth is insufficient before high-injection metal, in particular during piercing of the plasma jet is protected in the workpiece. Furthermore, can the secondary gas is not directed specifically into the plasma jet to achieve good cut quality.

Bei bestimmten Gaskombinationen ist die aktive Teilnahme des Sekundärgases am Plasmaprozess gewünscht. Dies gilt z. B. für das Schneiden von Edelstählen mit einem ArH2-Gemisch als Plasmagas und Stickstoff als Sekundärgas. Hier wirkt das Sekundärgas Stickstoff nicht nur als Schutzgas, um die Schnittflächen von dem oxidierenden Sauerstoff in der Umgebungsluft zu schützen, sondern nimmt auch aktiv am Plasmaprozess teil. Es verringert die Oberflächenspannung der Schmelze, diese wird dünnflüssiger und besser aus der Schnittfuge ausgetrieben. Es entsteht ein bartfreier Schnitt. Mit der in US 6 207 923 B1 beschriebenen Anordnung ist dies nicht möglich. Auch bei der Verwendung von Sauerstoff als Plasmagas für das Schneiden von Baustählen können durch unterschiedliche Zusammensetzung des Sekundärgases, beispielsweise unterschiedliche Stickstoff- und Sauerstoffanteile, unterschiedliche Effekte hinsichtlich der Schnittqualität erzielt werden.For certain gas combinations, the active participation of the secondary gas in the plasma process is desired. This applies z. B. for cutting stainless steels with an ArH 2 mixture as a plasma gas and nitrogen as a secondary gas. Here, the secondary gas nitrogen not only acts as a protective gas to protect the interfaces of the oxidizing oxygen in the ambient air, but also actively participates in the plasma process. It reduces the surface tension of the melt, which becomes less viscous and better expelled from the kerf. The result is a beard-free cut. With the in US Pat. No. 6,207,923 B1 this arrangement is not possible. Even when using oxygen as the plasma gas for cutting structural steels, different effects on the quality of cut can be achieved by different composition of the secondary gas, for example different nitrogen and oxygen fractions.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen. Dabei sollen die Funktionen des Sekundärgases, wie Schutz vor hochspritzendem Metall, Schaffung einer definierten Atmosphäre um den Plasmastrahl und die aktive Teilnahme des Sekundärgases am Plasmaprozess gewährleistet sein, ohne den Plasmastrahl in seiner Stabilität zu beeinflussen.Of the Invention is therefore based on the object, the disadvantages described of the prior art. Here are the functions of secondary gas, such as protection from high-velocity metal, Creation of a defined atmosphere around the plasma jet and the active participation of the secondary gas in the plasma process be ensured without the plasma jet in its stability to influence.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Düsenschutzkappe nach Anspruch 1, eine Anordnung nach Anspruch 3, eine Anordnung nach Anspruch 4 und eine Anordnung nach Anspruch 9 gelöst.According to the invention This object is achieved by a nozzle protection cap according to claim 1, an arrangement according to claim 3, an arrangement according to claim 4 and an arrangement according to claim 9 solved.

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung.The Subclaims relate to advantageous developments the invention.

Durch die Erfindung wird ein homogener Sekundärgasstrom erzeugt. Dieser homogene Sekundärgasstrom führt zu einer Stabilisierung des Plasmastrahls. Dadurch wird das Schwingen des Schneidlichtbogens in schwer zu beherrschenden technologisch bedingten Schneidsituationen, wie z. B. Überfahren der Schnittfuge und der Ecke sowie Schneidbeginn verhindert. Dadurch entstehen eine wesentliche Verbesserung der Qualität des Schnittes sowie eine höhere Schneidgeschwindigkeit.By the invention produces a homogeneous secondary gas flow. This homogeneous secondary gas flow leads to a Stabilization of the plasma jet. This will cause the swinging of the cutting arc in hard-to-control technological cutting situations, such as B. driving over the kerf and the corner and cutting start prevented. This results in a significant improvement of Quality of the cut and a higher cutting speed.

Untersuchungen haben nämlich ergeben, dass die beschriebenen Nachteile durch eine neue Form der Sekundärgaszuführung beseitigt werden können. Hierdurch werden die Vorteile des Sekundärgases, wie Einschürung des Plasmastrahls, Schutz der Düse vor hochspritzendem Metall beim Einstechen, Schaffung einer definierten Atmosphäre um den Plasmastrahl und die aktive Teilnahme des Sekundärgases am Plasmaprozess weiter genutzt und gleichzeitig die Stabilität des Plasmastrahls gesichert.investigations have shown that the disadvantages described through a new form of secondary gas supply can be eliminated. This will be the benefits of the secondary gas, such as collision of the plasma jet, protection the nozzle against high-metal splash during piercing, creation a defined atmosphere around the plasma jet and the active participation of the secondary gas in the plasma process on used and at the same time the stability of the plasma jet secured.

In einer besonderen Ausführungsform wird das Sekundärgas über ein Sekundärgasführungsteil in den Sekundärgaskanal geführt derart, dass die Sekundärgasströmung zunächst auf eine nahezu zylindrische erste Mantelfläche der Düse beziehungsweise Düsenkappe, die parallel zur Längsachse des Plasmabrenners gerichtet ist, trifft. Danach wird das Sekundärgas über den Sekundärgaskanalteil, der durch nahezu kegelförmige Mantel- bzw. Innenflächen der Düse beziehungsweise der Düsenkappe und Düsenschutzkappe begrenzt ist, zum vorderen Ende des Plasmabrenners geführt und dann in einem Winkel von nahezu 90° zur Längsachse des Plasmabrenners einem Plasmastrahl zugeführt. Es wird angenommen, dass die besonders gute Homogenität des Sekundärgases, d. h. die besonders gute Verteilung um einen Plasmastrahl, dadurch erreicht wird, daß die Sekundärgasströmung das Sekundärgasströmung zunächst einmal in einer sich im wesentlichen im rechten Winkel zur Längsachse des Plasmabrenners erstreckenden Ebene auf die Mantelfläche der Düse beziehungsweise der Düsenkappe trifft und daß vom vorderen Ende des Plasmabrenners weiter zurückgesetzt ist und somit das Sekundärgas zusätzlich mehr Zeit hat, um sich zu verteilen.In a particular embodiment, the secondary gas is passed through a secondary gas guide part in the secondary gas channel such that the secondary gas flow initially on a nearly cylindrical first lateral surface of the nozzle or nozzle cap, which is directed parallel to the longitudinal axis of the plasma torch hits. After that it will be Secondary gas via the Sekundärgaskanalteil, which is bounded by almost conical mantle or inner surfaces of the nozzle or the nozzle cap and nozzle cap, led to the front end of the plasma torch and then fed at an angle of almost 90 ° to the longitudinal axis of the plasma torch a plasma jet. It is assumed that the particularly good homogeneity of the secondary gas, ie the particularly good distribution around a plasma jet, is achieved by initially directing the secondary gas flow onto the lateral surface of the plane extending substantially at right angles to the longitudinal axis of the plasma torch Nozzle or the nozzle cap hits and that is further reset from the front end of the plasma torch and thus the secondary gas has additional time to disperse.

Vorteilhaft ist es auch, das Sekundärgas durch eine geeignete Ausführung des Sekundärgasführungsteils, z. B. durch Versatz der Durchlässe rotieren zu lassen. Dann erfolgt die Zufuhr des Sekundärgases zum Plasmastrahl nicht radial, sondern tangential. Der Plasmastrahl wird bei dieser Anordnung durch die große Homogenität der Sekundärgasströmung nicht instabil, sondern behält auch in Übergangsphasen seine Stabilität.Advantageous it is also, the secondary gas through a suitable design the secondary gas guide part, z. B. by offset to let the passages rotate. Then the supply takes place of the secondary gas to the plasma jet not radially, but tangential. The plasma jet is in this arrangement by the great homogeneity of the secondary gas flow not unstable, but also keeps in transition phases its stability.

Verstärkt wird dieser Effekt noch, wenn nach Passieren des Sekundärgasführungsteils das Sekundärgas zunächst nicht nur auf die nahezu zylindrische erste Mantelfläche der Düse beziehungsweise der Düsenkappe trifft, sondern gleichzeitig in eine Entspannungsraumerweiterung strömt, die eine größere Entspannung des Sekundärgases zulässt, bevor das Sekundärgas dann über die kegelförmigen Mantel- bzw. Innenflächen dem Plasmastrahl radial oder tangential zugeführt wird. In diesem Falle verfügt dieser Bereich der Düsenkappe mit Entspannungsraumerweiterung über einen geringeren Durchmesser als der Beginn des nachfolgenden kegelförmigen Abschnitts.reinforced this effect is still when after passing the secondary gas guide part the secondary gas is not limited to the near cylindrical first lateral surface of the nozzle or the Nozzle cap hits, but at the same time in a relaxation room extension which gives a greater relaxation of the secondary gas before the secondary gas then over the conical mantle or inner surfaces the plasma jet is supplied radially or tangentially. In this case, this area has the nozzle cap with expansion room extension over a smaller diameter as the beginning of the subsequent conical section.

Wird ein gasgekühlter oder indirekt wassergekühlter Plasmabrenner verwendet, entfällt oftmals die Düsenkappe. Dann übernimmt die Düse die raumbegrenzende Aufgabe der Düsen kappe. Die Düse ist in diesem Fall geometrisch so wie die Düsenkappe ausgebildet. Damit werden die Vorteile der Erfindung auch in dieser Plasmabrennervariante garantiert.Becomes a gas-cooled or indirectly water-cooled Plasma torch used, often eliminates the nozzle cap. Then the nozzle takes over the space-limiting task the nozzle cap. The nozzle is geometric in this case as formed the nozzle cap. This will be the benefits the invention also guaranteed in this plasma torch variant.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachstehenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele anhand der schematischen Zeichnungen im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the claims and from the description below, in the embodiments explained in detail with reference to the schematic drawings are. Showing:

1 eine Teilschnittdarstellung des vorderen Bereiches eines Plasmabrenners gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung; 1 a partial sectional view of the front portion of a plasma torch according to a particular embodiment of the invention;

1.1 bis 1.12 Details von 1 mit Varianten der Gestaltung des Sekundärgaskanals; 1.1 to 1.12 Details of 1 with variants of the design of the secondary gas channel;

2.1 eine Ausführungsform eines Sekundärgasführungsteils in Draufsicht von oben teilweise im Schnitt; und 2.1 an embodiment of a secondary gas guide member in plan view from above partially in section; and

2.2 eine weitere Ausführungsform eines Sekundärgasführungsteils in Draufsicht von oben teilweise im Schnitt. 2.2 a further embodiment of a secondary gas guide part in plan view from above partially in section.

1 zeigt einen Plasmabrenner 1 gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung. Der Plasmabrenner 1 hat einen Brennerkörper 2 mit einer Elektrode 3 und einer Düse 4, der eine Längsachse L des Plasmabrenners 1 definiert. Die Elektrode 3 und die Düse 4 sind im Brennerkörper 2 koaxial angeordnet, befinden sich in einem bestimmten räumlichen Verhältnis und bilden eine Plasmakammer 6, durch die ein Plasmagas PG strömt, das über einen Plasmagaskanal 6a zugeführt wird. Eine Düsenkappe 5 ist koaxial zur Längsachse L des Plasmabrenners 1 angeordnet und hält die Düse 4. Zwischen der Düse 4 und der Düsenkappe 5 befindet sich ein Raum 11, durch den Kühlwasser strömt. Das Kühlwasser wird über einen Wasservorlauf WV zugeführt und strömt über einen Wasserrücklauf WR ab. 1 shows a plasma torch 1 according to a particular embodiment of the invention. The plasma torch 1 has a burner body 2 with an electrode 3 and a nozzle 4 , the longitudinal axis L of the plasma torch 1 Are defined. The electrode 3 and the nozzle 4 are in the burner body 2 Coaxially arranged, are in a certain spatial relationship and form a plasma chamber 6 through which a plasma gas PG flows through a plasma gas channel 6a is supplied. A nozzle cap 5 is coaxial with the longitudinal axis L of the plasma torch 1 arranged and holds the nozzle 4 , Between the nozzle 4 and the nozzle cap 5 there is a room 11 through which cooling water flows. The cooling water is supplied via a water feed WV and flows through a water return WR.

Ein ringförmiges Sekundärgasführungsteil 8 mit einer Vielzahl von Durchlässen in Form von Bohrungen, von denen nur einer mit dem Bezugszeichen 8a gekennzeichnet ist, ist so in einem zwischen der Düsenkappe 5 und einer Düsenschutzkappe 7 gebildeten Sekundärgaskanal 9 zwischen einem Sekundärgaseinlaß 8b und dem vorderen Ende des Sekundärgaskanals 9 angeordnet, dass das durch den Durchlaß 8a strömende Sekundärgas SG auf eine nahezu zylindrische erste Mantelfläche der Düsenkappe 5, die einen ersten zylindrischen Abschnitt 5a der Düsenkappe 5 ergibt, trifft. Das Sekundärgas SG wird danach durch den Sekundärgaskanal 9, der durch eine nahezu kegelförmige zweite Mantelfläche der Düsenkappe 5 in einem unteren Abschnitt 5b und eine entsprechende kegelförmige Innenfläche 7b der Düsenschutzkappe 7 begrenzt ist, zum vorderen Ende des Plasmabrenners 1 geführt, dann in einem Winkel von nahezu 90° zur Längsachse L des Plasmabrenners 1 einem Plasmastrahl (nicht gezeigt) zugeführt und tritt durch eine Austrittsöffnung 7a der Düsenschutzkappe 7 aus. Das rotierende Sekundärgas SG umströmt den Plasmastrahl nach seinem Austritt aus einer Düsenöffnung 4a und schafft zusätzlich eine definierte Atmosphäre um den Plasmastrahl.An annular secondary gas guide part 8th with a plurality of passages in the form of bores, of which only one with the reference numeral 8a is so in one between the nozzle cap 5 and a nozzle cap 7 formed secondary gas channel 9 between a secondary gas inlet 8b and the front end of the secondary gas passage 9 arranged that through the passage 8a flowing secondary gas SG on a nearly cylindrical first surface of the nozzle cap 5 which has a first cylindrical section 5a the nozzle cap 5 results, meets. The secondary gas SG is then passed through the secondary gas passage 9 by a nearly conical second lateral surface of the nozzle cap 5 in a lower section 5b and a corresponding conical inner surface 7b the nozzle protection cap 7 is limited to the front end of the plasma torch 1 guided, then at an angle of almost 90 ° to the longitudinal axis L of the plasma torch 1 a plasma jet (not shown) and passes through an exit port 7a the nozzle protection cap 7 out. The rotating secondary gas SG flows around the plasma jet after its exit from a nozzle opening 4a and also creates a defined atmosphere around the plasma jet.

Die Duchlässe 8a des Sekundärgasführungsteils 8 sind so angeordnet, dass eine rotierende Strömung des Sekundärgases SG entsteht. Beispielsweise können die Durchlässe im Sekundärgasführungsteil 8a, äquidistant über den Kreisumfang des Sekundärgasführungsteils 8 und sich radial erstreckend (2.1) oder mit einem Versatz zur Radiale (2.2), d. h. auf einen jeweils gegenüber dem tatsächlichen Kreismittelpunkt versetzten Punkt ausgerichtet, angeordnet sein.The duchies 8a the secondary gas guide part 8th are arranged so that a rotating Flow of the secondary gas SG arises. For example, the passages in the secondary gas guide part 8a , Equidistant over the circumference of the secondary gas guide part 8th and extending radially ( 2.1 ) or with an offset to the radial ( 2.2 ), ie, aligned with a respective point offset from the actual center of the circle.

Die Neigung der nahezu zylindrischen ersten Mantelfläche der Düsenkappe 5 kann bis ±15° (1.1, 1.2, und 1.3) gegenüber der Längsachse L des Plasmabrenners 1 betragen. Bei einer Neigung von W3 = –15° (1.3) wird der Effekt der Homogenität ähnlich wie bei Raumvergrößerung durch zylindrische Flächen erreicht und eine besonders gute Homogenität erreicht.The inclination of the almost cylindrical first lateral surface of the nozzle cap 5 can be up to ± 15 ° ( 1.1 . 1.2 , and 1.3 ) with respect to the longitudinal axis L of the plasma torch 1 be. At an inclination of W3 = -15 ° ( 1.3 ) the effect of homogeneity is achieved similar to enlargement of space by cylindrical surfaces and achieves a particularly good homogeneity.

Die Übergänge zwischen den ersten und zweiten Mantelflächen der Düsenkappe 5 und entsprechenden ersten und zweiten Innenflächen der Düsenschutzkappe 7 können scharfkantig (1.1–1.3), mit Fasen (1.4–1.6) oder Radien (1.7–1.9) versehen sein. Dabei besteht auch die Möglichkeit der Kombinationen von Radien und Fasen bei den Übergängen.The transitions between the first and second lateral surfaces of the nozzle cap 5 and corresponding first and second inner surfaces of the nozzle guard 7 can be sharp-edged ( 1.1 - 1.3 ), with bevels ( 1.4 - 1.6 ) or radii ( 1.7 - 1.9 ) be provided. There is also the possibility of combinations of radii and chamfers at the transitions.

1.10–1.12 zeigen Ausführungsformen mit einer Entspannungsraumerweiterung 10, in welche das Sekundärgas SG aus den Durchlässen 8a des Sekundärgasführungsteils 8 strömt, um die Stabilität des Plasmastrahls weiter zu verbessern. Diese Entspannungsraumerweiterung 10 kann beispielsweise eine runde (1.10), eine rechteckige (1.11) oder eine mehrfasige (1.12) Form haben. 1.10 - 1.12 show embodiments with a relaxation space extension 10 into which the secondary gas SG from the passages 8a the secondary gas guide part 8th flows to further improve the stability of the plasma jet. This relaxation room extension 10 For example, a round ( 1.10 ), a rectangular ( 1.11 ) or a multi-faceted ( 1.12 ) Have shape.

Die in der vorangehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.The in the foregoing description, in the drawings and in the Claims disclosed features of the invention can both individually and in any combination for the realization of the invention in its various embodiments be essential.

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Claims (9)

Düsenschutzkappe (7) für einen Plasmabrenner (1) mit einer Innenfläche, die einen radialen Vorsprung, einen sich in Richtung zu ihrem vorderen Ende anschließenden, im wesentlichen zylindrischen ersten Abschnitt, einen sich in Richtung zu ihrem vorderen Ende anschließenden, sich in Richtung zu ihrem vorderen Ende im wesentlichen kegelförmig verjüngenden zweiten Abschnitt sowie einen sich daran anschließenden unter einem im wesentlichen rechten Winkel zur Längsachse gerichteten dritten Abschnitt aufweist.Nozzle protection cap ( 7 ) for a plasma torch ( 1 ) having an inner surface defining a radial projection, a substantially cylindrical first portion adjacent to its forward end, a second portion tapering toward its forward end toward its forward end, and tapering substantially conically toward its forward end having a subsequent thereto at a substantially right angle to the longitudinal axis directed third section. Düsenschutzkappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche einen zweiten zylindrischen Abschnitt aufweist, an den sich der radiale Vorsprung anschließt.Nozzle protection cap according to claim 1, characterized in that that the inner surface has a second cylindrical portion has, which is followed by the radial projection. Anordnung aus einer Düsenschutzkappe (7) nach Anspruch 1 oder 2 und einem Sekundärgasführungsteil (8) für einen Plasmabrenner (1), wobei das Sekundärgasführungsteil im Bereich des radialen Vorsprungs angeordnet ist und ringförmig mit einer Vielzahl von Durchlässen gestaltet ist, die sich radial erstrecken oder einen Versatz zur Radiale aufweisen.Arrangement of a nozzle protection cap ( 7 ) according to claim 1 or 2 and a secondary gas guide part ( 8th ) for a plasma torch ( 1 ), wherein the secondary gas guide member is disposed in the region of the radial projection and is annularly formed with a plurality of passages extending radially or offset from the radial. Anordnung aus einer Düsenkappe (5) und einem Sekundärgasführungsteil (8) für einen Plasmabrenner (1), wobei die Düsenkappe eine Mantelfläche aufweist, die einen radialen Absatz, einen sich in Richtung zu ihrem vorderen Ende anschließenden, im Wesentlichen zylindrischen ersten Abschnitt und in Richtung zum vorderen Ende einen sich in Richtung zum vorderen Ende im wesentlichen kegelförmig verjüngenden zweiten Absatzes aufweist, das Sekundärgasführungsteil im Bereich des radialen Absatzes angeordnet ist und ringförmig mit einer Vielzahl von Durchlässen gestaltet ist, die sich radial erstrecken oder einen Versatz zur Radiale aufweisen.Arrangement of a nozzle cap ( 5 ) and a secondary gas guide part ( 8th ) for a plasma torch ( 1 ), wherein the nozzle cap has a lateral surface which has a radial shoulder, a substantially cylindrical first section adjoining towards its front end and a second shoulder tapering substantially conically towards the front end in the direction of the front end, the secondary gas guide part is arranged in the region of the radial shoulder and is designed annularly with a plurality of passages which extend radially or have an offset to the radial. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Mantelfläche unter einem Winkel im Bereich von 0 ± 15° zur Längsachse geneigt ist.Arrangement according to claim 4, characterized that the first lateral surface at an angle in the range is tilted from 0 ± 15 ° to the longitudinal axis. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen den ersten und zweiten Mantelflächen abgerundet, gefasst oder scharfkantig ist.Arrangement according to claim 4 or 5, characterized that the transition between the first and second lateral surfaces rounded, framed or sharp-edged. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenkappe (5) im Bereich des Sekundärgasführungsteils (8) eine im wesentlichen zylindrische Mantelfläche mit einer Ausnehmung aufweist, auf die das Sekundärgas nach Passieren des Sekundärgasführungsteils (8) trifft.Arrangement according to one of claims 4 to 6, characterized in that the nozzle cap ( 5 ) in the region of the secondary gas guidance part ( 8th ) has a substantially cylindrical lateral surface with a recess, on which the secondary gas after passing through the secondary gas guide part ( 8th ) meets. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung rund oder mehreckig ist.Arrangement according to claim 7, characterized that the recess is round or polygonal. Anordnung aus einer Düsenschutzkappe (7) nach Anspruch 1 oder 2, und einer Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die Düsenschutzkappe (7) so angeordnet ist, dass zwischen der Düsenkappe (5) und der Düsenschutzkappe (7) ein Sekundärgaskanal (9) gebildet wird und sich darin das Sekundärgasführungsteil (8) zwischen dem radialen Absatz und dem radialen Vorsprung befindet.Arrangement of a nozzle protection cap ( 7 ) according to claim 1 or 2, and an arrangement according to one of claims 4 to 8, wherein the nozzle protection cap ( 7 ) is arranged so that between the nozzle cap ( 5 ) and the nozzle cap ( 7 ) a secondary gas channel ( 9 ) is formed and in the secondary gas guide part ( 8th ) is located between the radial shoulder and the radial projection.
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