DE202013012050U1

DE202013012050U1 - Elektrode für einen Plasmalichtbogenschneidbrenner

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Publication number: DE202013012050U1
Application number: DE202013012050.9U
Authority: DE
Original assignee: Lincoln Global Inc
Current assignee: Lincoln Global Inc
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2013-07-11
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2023-07-12
Also published as: US9949356B2; CN104620681A; US20140014630A1; BR112015000712B1; KR20150031472A; BR112015000712A2; JP3198727U; CN104620681B; WO2014009796A1

Abstract

Elektrode für einen Plasmalichtbogenbrenner (10), die Folgendes umfasst: einen länglichen Korpus (46), der eine Längsrichtung (L) definiert und ein hoch-wärmeleitfähiges Material umfasst, wobei der Korpus (46) eine Fläche (60) an einem Entladungsende (62) der Elektrode aufweist, wobei der Korpus (46) eine Bohrung (66) definiert, die sich entlang der Längsrichtung (L) erstreckt; einen Einsatz (68), der in der Bohrung (66) aufgenommen ist und einen äußeren Abschnitt (76) und einen inneren Abschnitt (78) aufweist, wobei der innere Abschnitt (78) in Kontakt mit dem länglichen Korpus (46) steht, und der äußere Abschnitt (76) eine frei liegende Emissionsfläche (72) hat, die relativ zur Fläche (60) des länglichen Korpus (46) eingerückt ist; und ein Ringraum (70), der in der Bohrung (66) neben dem Einsatz (68) aufgenommen ist, wobei der Ringraum (70) den äußeren Abschnitt (76) des Einsatzes (68) von dem länglichen Korpus (46) trennt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung betrifft allgemein Elektroden für Plasmalichtbogenbrenner, und betrifft insbesondere die Konfiguration emissiver Einsätze für solche Elektroden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Funktionsweise herkömmlicher Plasmalichtbogenbrenner ist dem Fachmann bestens bekannt. Die grundlegenden Komponenten dieser Brenner sind ein Korpus, eine in dem Korpus montierte Elektrode, eine Düse, die eine Mündung für einen Plasmalichtbogen definiert, eine Quelle von ionisierbarem Gas, und eine Stromversorgung zum Erzeugen eines Lichtbogen in dem Gas. Beim Starten wird der Elektrode (allgemein eine Katode) ein elektrischer Strom zugeführt, und ein Pilotlichtbogen wird in dem ionisierbarem Gas in der Regel zwischen der Elektrode und der Düse initiiert, wobei die Düse eine Anode definiert.
Dann wird eine leitfähige Strömung des ionisierten Gases von der Elektrode zu dem Werkstück erzeugt, wobei das Werkstück dann die Anode definiert, wodurch ein Plasmalichtbogen von der Elektrode zu dem Werkstück erzeugt. Das ionisierbare Gas kann nicht-reaktiv sein, wie zum Beispiel Stickstoff, oder kann reaktiv sein, wie zum Beispiel Sauerstoff oder Luft.
Ein immerwährendes Problem mit herkömmlichen Plasmalichtbogenbrennern ist der Verschleiß der Elektroden. In der Regel enthalten die Elektroden einen Hafnium- oder Zirkon-Einsatz. Diese Materialien sind zwar wegen ihrer Materialeigenschaften beim Schneiden mit einem reaktiven Gasplasma zweckmäßig, doch sie sind extrem kostspielig und erfordern häufigen Ersatz.
Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass mehrere Faktoren zum Elektrodenverschleiß beitragen. Zum Beispiel wird während des Betriebes des Brenners das Einsatzmaterial extrem heiß und geht in einen schmelzflüssigen Zustand über, wo Elektronen von dem hoch-emissiven Material ausgesendet werden, um den Lichtbogen zu bilden. Schließlich kann ein Loch oder Hohlraum an der frei liegenden Emissionsfläche des Einsatzes entstehen. Dieser in der Regel konkave Hohlraum entsteht aufgrund des Auswerfens des schmelzflüssigen, hoch-emissiven Materials von dem Einsatz während des Betriebes. Das Auswerfen von Material kann während verschiedener Zeiten während des Schneidprozesses erfolgen, wie zum Beispiel während des Beginns der Plasmalichtbogenbildung, während Schneidoperationen mit dem Lichtbogen und/oder während oder nach dem Beenden des Plasmalichtbogens. Das Auswerfen von schmelzflüssigem Material verschleißt nicht nur den Einsatz, sondern kann auch andere Teile des Brenners verschleißen, wie zum Beispiel die Düse. Insbesondere kann das schmelzflüssige Material von dem Einsatz von der Elektrode zu der umgebenden Düse geschleudert werden, was wiederum dazu führen kann, dass der Lichtbogen nicht richtig an der Düse anliegt und dadurch die Düse beschädigt.
Dementsprechend wäre eine Elektrode mit einem oder mehreren Merkmalen zur Minderung des Verschleißes nützlich. Insbesondere wäre eine Elektrode vorteilhaft, die das Auswerfen von schmelzflüssigem Material von dem Einsatz reduzieren oder minimieren kann. Eine solche Elektrode, die auch eine Beschädigung des den Einsatz umgebenden Abschnitts der Elektrode reduzieren oder minimieren kann, wäre ebenfalls nützlich.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode für einen Plasmalichtbogenbrenner mit Merkmalen zum Verringern des Elektrodenverschleißes. Ein emissiver Einsatz wird in einem Hohlraum aufgenommen, der entlang eines Endes des Brennerkorpus ausgebildet ist. Ein Abschnitt des emissiven Einsatzes ist durch eine Hülse, die entlang des Einsatzes nahe der Emissionsfläche des Einsatzes positioniert ist, von dem Brennerkorpus getrennt. Die Hülse kann helfen, die Erosion des Elektrodenkorpus zu verlangsamen und dadurch die Gesamtlebensdauer der Elektrode zu verlängern. Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden zum Teil in der folgenden Beschreibung dargelegt, oder können aus der Beschreibung hergeleitet werden, oder können bei der Praktizierung der Erfindung in Erfahrung gebracht werden.
In einer beispielhaften Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Elektrode für einen Plasmalichtbogenbrenner bereit. Die Elektrode enthält einen länglichen Korpus, der eine Längsrichtung definiert und ein hoch-wärmeleitfähiges Material umfasst. Der Korpus hat eine Fläche an einem Entladungsende der Elektrode. Der Korpus definiert eine Bohrung, die sich entlang der Längsrichtung erstreckt. Ein Einsatz ist in der Bohrung aufgenommen. Der Einsatz hat einen äußeren Abschnitt und einen inneren Abschnitt. Der innere Abschnitt steht in Kontakt mit dem länglichen Korpus, und der äußere Abschnitt hat eine frei liegende Emissionsfläche, die relativ zur Oberfläche der länglichen Korpus eingerückt ist. Ein Ringraum ist in der Bohrung neben dem Einsatz aufgenommen. Der Ringraum trennt den äußeren Abschnitt des Einsatzes von dem länglichen Korpus.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Elektrode für einen Plasmalichtbogenbrenner bereit. Die Elektrode enthält einen Elektrodenkorpus, der aus einem thermisch und elektrisch leitfähigen Metall besteht. Der Elektrodenkorpus hat eine Fläche und einen Hohlraum, der in der Fläche positioniert ist. Ein Einsatz ist in dem Hohlraum montiert und umfasst ein emissives Material mit einer Austrittsarbeit, die geringer ist als die Austrittsarbeit des Elektrodenkorpus. Der Einsatz ist in Kontakt mit dem Elektrodenkorpus positioniert. Der Einsatz ist relativ zur Fläche des Elektrodenkorpus eingerückt. Eine Hülse umgibt den Einsatz und trennt einen Abschnitt des Einsatzes nahe der Fläche des Elektrodenkorpus von dem Elektrodenkorpus.
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung und der beiliegenden Ansprüche besser verständlich. Die begleitenden Zeichnungen, die in diese Spezifikation eingebunden sind und einen Teil von ihr bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine vollständige und ihre Praktizierung ermöglichende Offenbarung der vorliegenden Erfindung, einschließlich der besten Art ihrer Realisierung, richtet sich an den Durchschnittsfachmann und ist in der Spezifikation dargelegt, in der auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen wird, in denen Folgendes dargestellt ist:
1 zeigt eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Plasmalichtbogenbrennersystems der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Elektrode der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Elektrode der vorliegenden Erfindung.
Die Verwendung der gleichen oder ähnlicher Bezugzahlen in den Figuren bezeichnet die gleichen oder ähnliche Merkmale.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Für die Zwecke des Beschreibens der Erfindung wenden wir uns nun im Einzelnen Ausführungsformen der Erfindung zu, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen veranschaulicht sind. Jedes Beispiel dient der Erläuterung der Erfindung und nicht ihrer Einschränkung. Dem Fachmann leuchtet ein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang oder Wesen der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben sind, mit einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um eine weitere Ausführungsform zu erhalten. Darum ist es beabsichtigt, dass unter die vorliegende Erfindung alle Modifikationen und Variationen fallen, die im Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche und ihrer Äquivalente liegen.
1 ist eine vereinfachte schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines herkömmlichen Plasmalichtbogenbrennersystems 10. Die in 1 gezeigte beispielhafte Ausführungsform ist nur beispielhaft gezeigt. Mit der vorliegenden Erfindung können auch andere Plasmalichtbogenbrennersysteme von anderer Konfiguration verwendet werden.
Das Plasmalichtbogenbrennersystem 10 enthält einen Plasmalichtbogenbrenner 11, der einen Basiskorpus, allgemein als 12 bezeichnet, hat. Der Korpus 12 enthält ein Brennerversorgungsrohr 34, das eine Zufuhrkammer 36 definiert, in die ein Vorrat von druckbeaufschlagtem ionisierbarem Gas von der Gasversorgung 24 durch die Gaszuleitung 26 geleitet wird. Ein fernbetätigtes Ventil, wie zum Beispiel ein Solenoid-Ventil 28, ist in einer Reihe zwischen dem Versorgungsrohr 34 und der Gasquelle 24 angeordnet, um bei Betätigung des Ventils die Gaszufuhr zum Brenner 10 abzuschalten. Dem Fachmann ist klar, dass das Plasmagas nicht-reaktiv sein kann, wie zum Beispiel Stickstoff, oder reaktiv sein kann, wie zum Beispiel Sauerstoff oder Luft.
Der Brennerkorpus 12 enthält einen länglichen Elektrodenkorpus 46, der in der Regel beispielsweise aus Kupfer. Ein Elektrodeeinsatz oder -element 50 ist in das untere Ende des Elektrodenkorpus 46 eingesetzt; beispielhafte Ausführungsformen davon werden unten ausführlicher beschrieben. Das Element 50 besteht in der Regel aus Hafnium oder Zirkon, besonders wenn ein reaktives Gas als das Plasmagas verwendet wird.
Ein Isolierkörper 38 umgibt allgemein das Versorgungsrohr 34 und den Elektrodenkorpus 46. Ein Katodenkorpus 40 ist angeordnet, der allgemein das Versorgungsrohr 34 umgibt, und ein Anodenkorpus 42 ist angeordnet, der den Isolierkörper 38 umgibt. Eine Düse 16 ist am vorderen Ende des Elektrodenkorpus 46 angeordnet und definiert einen Lichtbogendurchgang 52, der auf den Elektrodeeinsatz 50 ausgerichtet ist. Ein Wirbelring 44 ist um den Elektrodenkorpus 46 angeordnet und weist Löcher auf, um eine Wirbelkomponente in dem Plasmagas zu erzeugen, das in die Plasmagaskammer 14 eintritt, wie unten noch ausführlicher besprochen wird.
Eine Stromversorgung 18 ist bereitgestellt, um den Elektrodenkorpus 46 und das Elektrodenelement 50 mit elektrischem Strom zu versorgen. Eine negative Stromleitung 20 ist elektrisch mit dem Versorgungsrohr 34 und dem Katodenkorpus 40 verbunden. In einem Pilotlichtbogenmodus ist eine positive Stromleitung 22 durch einen Schalter 23 elektrisch mit dem Anodenkorpus 42 verbunden. Der Isolierkörper 38 isoliert den Anodenkorpus 42 elektrisch vom Katodenkorpus 40. Die positive Stromleitung 22 kann außerdem mit einem Werkstück 54 verbunden werden, das durch den Plasmabrenner durchtrennt werden soll, sobald der Schalter 23 geöffnet ist. Die Stromversorgung 18 kann eine beliebige herkömmliche Gleichstromversorgung sein, die ausreicht, um den Brenner bei einer geeigneten Spannung mit Energie zu versorgen, um den Pilotlichtbogen zu initiieren und dann den Lichtbogen in einem Schneidebetriebsmodus des Brenners aufrecht zu erhalten.
Während des Betriebes strömt Plasmagas von der Quelle 24 durch die Zuleitung 26 und das Abschaltventil 28 in die Kammer 36 des Versorgungsrohres 34, als allgemein durch die Pfeile angedeutet. Das Plasmagas strömt durch Mündungen im Katodenkorpus und Mündungen im Wirbelring 44 in der Kammer 36 abwärts, bevor es in die untere Plasmagaskammer 14 eintritt. Es versteht sich, dass die untere Plasmagaskammer 14 mit der gesamten Zufuhrkammer 36 des Versorgungsrohres 34 in pneumatischer Verbindung steht, so dass eine Druckänderung an einer beliebigen Stelle im System eine Druckänderung in der unteren Plasmagaskammer 14 bewirkt. Während des Betriebes besteht ein Druckunterschied zwischen der Zufuhrkammer 36 und der unteren Plasmakammer 14, so dass das Plasmagas von der Zufuhrkammer 36 durch den Wirbelring 44 und – mit einer hinzugefügten Wirbelkomponente – aus der Düse 16 strömt.
Im Pilotlichtbogenmodus des Brenners 10 ist der Schalter 23 geschlossen, so dass die positive Anschlussleitung mit dem Anodenkorpus 42 verbunden wird. Die Stromversorgung 18 liefert Strom mit der richtigen Spannung, um den Pilotlichtbogen zwischen dem Elektrodenelement 50 und der Düse 16 zu initiieren. Eine gewünschte Plasmagasströmung und ein gewünschter Plasmagasdruck werden durch den Bediener eingestellt, um den Pilotlichtbogen zu initiieren. Der Pilotlichtbogen wird durch einen Funken oder ein anderes Mittel, wie zum Beispiel eine Kontaktstarttechnik, gestartet, die dem Fachmann allesamt bekannt sind.
Die Plasmagasströmung während des Pilotlichtbogenmodus strömt von der Versorgung 24 durch die Zuleitung 26 und das Solenoid-Ventil 28 in die Zufuhrkammer 36, durch Mündungen im Katodenkorpus 40, durch die Löcher im Wirbelring 44, in die untere Plasmakammer 14, und durch den Lichtbogendurchgang 52 der Düse 16 hinaus. Die durch den Wirbelring 44 erzeugte Wirbelströmung ist als ein Mittel zum Stabilisieren des Lichtbogens im Schneidbetriebsmodus erwünscht, so dass der Lichtbogen nicht auf die Düse trifft und diese beschädigt.
Um den Brenner 10 in den Schneidmodus zu überführen, wird der Brenner nahe an das Werkstück 54 herangeführt, so dass der Lichtbogen zu dem Werkstück 54 transferiert wird, wenn sich der Schalter 23 öffnet, so dass positiver Strom nur zu dem Werkstück 54 geleitet wird. Der Strom wird auf einen gewünschten Wert für das Schneiden erhöht, dergestalt, dass ein Plasmalichtbogen 56 erzeugt wird, der durch den Lichtbogendurchgang 52 zum Werkstück 54 verläuft. Die Betriebsstromwerte richten sich nach dem Brennertyp und der gewünschten Anwendung. Zum Beispiel können die Betriebsstromwerte im Bereich von etwa 20 bis etwa 400 A.
Wenn der Betriebsstrom während des Beginns des Schneidprozesses erhöht wird, so erwärmt sich das Plasmagas in der unteren Plasmakammer 14, was eine Abnahme des Plasmagases zur Folge hat, das aus der Düse 16 strömt. Um eine ausreichende Plasmagasströmung durch die Düse 16 aufrecht zu erhalten, damit der Plasmalichtbogen 56 beibehalten bleibt, muss der Druck des zugeführten Plasmagases mit der Zunahme des Stroms ebenfalls erhöht werden. Umgekehrt können gegen Ende des Schneidprozesses die Reduzierung des Strompegels und der Plasmagasströmung sorgfältig koordiniert werden, um beispielsweise eine Beschädigung der Elektrode zu vermeiden.
2 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des länglichen Elektrodenkorpus 46. Der Elektrodenkorpus 46 definiert eine Längsrichtung L und hat eine Fläche 60, die am Entladungsende 62 positioniert ist. Der Elektrodenkorpus 46 besteht aus einem Material, das sowohl thermisch als auch elektrisch hoch-leitfähig ist. Zum Beispiel kann der Elektrodenkorpus 46 aus Kupfer oder Silber bestehen. Der Elektrodenkorpus 46 kann mit verschiedenen Merkmalen versehen sein, um den Korpus 46 an dem Plasmalichtbogenbrenner 11 anzubringen. Wie gezeigt, enthält die beispielhafte Ausführungsform von 2 Gewinde 64 für eine komplementäre Aufnahme in den Brenner 11. Andere Konfigurationen können ebenfalls verwendet werden. Der Elektrodenkorpus 46 enthält außerdem eine Kammer 58, die beispielsweise mit einem Wärmeübertragungsfluid versehen sein kann, um das Abkühlen des Elektrodenkorpus 46 während Schneidoperationen zu unterstützen.
Der Elektrodenkorpus 46 definiert einen Hohlraum oder eine Bohrung 66, der bzw. die sich von der Fläche 60 entlang der Längsrichtung L erstreckt. Für diese beispielhafte Ausführungsform eines Elektrodenkorpus 46 wird ein Einsatz 68 in der Bohrung 66 aufgenommen. Der Einsatz 68 besteht aus einem hoch-emissiven Material mit einer niedrigen Elektronenaustrittsarbeit, wie zum Beispiel Hafnium, Zirkon, Wolfram und Legierungen davon. Auf diese Weise sendet der Einsatz 68 leicht Elektronen von der Emissionsfläche 72 aus, wenn beispielsweise ein ausreichender elektrischer Potenzialunterschied zwischen dem Einsatz 68 und einem benachbarten Werkstück angelegt wird. Vor allem ist die Elektronenaustrittsarbeit des Einsatzes 68 geringer als die Elektronenaustrittsarbeit des Elektrodenkorpus 46, so dass der Plasmalichtbogen an der Emissionsfläche 72 erzeugt wird.
Der Einsatz 68 enthält zwei Abschnitte, und zwar einen äußeren Abschnitt 76, der die Emissionsfläche 72 enthält, und einen inneren Abschnitt 78, der in dem Elektrodenkorpus 46 verborgen ist. Der innere Abschnitt 78 steht mit dem Elektrodenkorpus 46 in Kontakt. Ein solcher Kontakt stellt eine elektrische Verbindung her, durch den Strom fließen kann, um den Plasmalichtbogen an der Emissionsfläche 72 zu erzeugen. Außerdem ermöglicht der Kontakt zwischen dem inneren Abschnitt 78 und dem Elektrodenkorpus 46 auch eine Wärmeübertragung von dem emissiven Einsatz 68 weg.
Der äußere Abschnitt 76 stellt die Emissionsfläche 72 bereit, wo der Plasmalichtbogen während des Betriebes des Brennersystems 10 bevorzugt erzeugt wird. Wie gezeigt, ist der äußere Abschnitt 76 vom Kontakt mit dem Elektrodenkorpus 46 durch eine Hülse oder einen Ringraum 70 getrennt. Genauer gesagt, sind sowohl der Einsatz 68 als auch der Ringraum 70 in der Bohrung 66 des Elektrodenkorpus 46 aufgenommen. Jedoch ist der äußere Abschnitt 76 des Einsatzes 68 innerhalb des Ringraums 70 umschlossen, so dass das Ende des Einsatzes 68, das die Emissionsfläche 72 bereitstellt, von dem Elektrodenkorpus 62 isoliert ist. Für diese beispielhafte Ausführungsform ist das frei liegende Ende des Ringraums 70 außerdem mit einer gefasten Fläche 74 versehen. Außerdem ist die Emissionsfläche 72 des äußeren Abschnitts 76, wie gezeigt, relativ zur Fläche 60 des Elektrodenkorpus 46 eingerückt.
Ohne an eine bestimmte Funktionstheorie gebunden sein zu wollen, glauben die Erfinder, dass durch das Anordnen des Ringraums 70 um den äußeren Abschnitt 76 des Einsatzes 68 bei gleichzeitigem Einrücken des Einsatzes 68 relativ zur Fläche 60 der Ringraum 70 ein Material bereitstellt, das den Einsatz 68 isoliert und während des Betriebes des Plasmalichtbogenbrennersystems 10 anders wirkt als der Einsatz 68. Genauer gesagt, wird angenommen, dass ohne den Ringraum 70 das Material von dem eingerückten Einsatz 68 die frei liegende Umfangsfläche (siehe beispielsweise Fläche 75 in 3) der Bohrung 66 nahe der Fläche 60 benetzt, um einen beschränkten Schutz des Elektrodenkorpus 46 vor Verschleiß zu bieten. Jedoch kommt es im Zuge des Verschleißes des Einsatzes 68 schließlich dazu, dass kein emissives Material von dem Einsatz 68 mehr die frei liegende Umfangsfläche der Bohrung 66 benetzt, und dass der Elektrodenkorpus 46 in unerwünschtem Maße verschleißt. Allerdings haben die Erfinder festgestellt, dass durch Anordnen des Ringraums 70 um den eingerückten äußeren Abschnitt 76 des Einsatzes 68 das Material des Ringraums 70 als ein feuerfestes Material fungiert, um den Elektrodenkorpus 46 zusätzlich abzuschirmen und den Elektrodenverschleiß weiter zu mindern. Die gefaste Kante 74 am Ringraum 70 kann ebenfalls den Verschleiß des Elektrodenkorpus 46 weiter minimieren.
Außerdem kann, in einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, das für den Ringraum 70 verwendete Material das gleiche Material umfassen, das für den Einsatz 68 verwendet wird. Zum Beispiel können sowohl der Ringraum 70 als auch der Einsatz 68 aus Hafnium bestehen. Das heißt, selbst wenn der Ringraum 70 und der Einsatz 68 aus dem gleichen Material bestehen, lassen sich Verminderungen des Elektrodenverschleißes realisieren, da der Ringraum 70 bewirkt, dass der Einsatz 68 thermisch isoliert wird, und als ein feuerfestes Material relativ zum Elektrodenkorpus wirkt.
In anderen Ausführungsformen der Erfindung besteht der Ringraum 70 aus einem anderen Material als der Einsatz 68 und hat eine höhere Elektronenaustrittsarbeit und/oder eine höhere Schmelzpunkttemperatur relativ zu dem Material, das für den Einsatz 68 verwendet wird. In weiteren Ausführungsformen der Erfindung umfasst der Ringraum 70 einen elektrischen und thermischen Isolator. Zum Beispiel kann ein keramisches Material wie zum Beispiel Aluminiumoxid, Siliciumcarbid und/oder Wolframcarbid, für den Ringraum 70 verwendet werden, um seine Fähigkeit zu verbessern, als ein feuerfestes Material zu fungieren.
3 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ähnlich der Ausführungsform von 2, mit Ausnahme der Position der Fläche 74 des Ringraums 70 relativ zur Fläche 60 des Elektrodenkorpus 46. Insbesondere sind, für diese beispielhafte Ausführungsform, sowohl der Ringraum 70 als auch der Einsatz 68 innerhalb der Bohrung 66 des Elektrodenkorpus 46 eingerückt. Für diese beispielhafte Ausführungsform wird angenommen, dass der Ringraum 70 immer noch als ein feuerfestes Material fungiert, um zu helfen, den Einsatz 68 von dem Elektrodenkorpus 46 zu isolieren, wie für die Ausführungsform von 2 beschrieben. Die für die Herstellung des Ringraums 70 und des Einsatzes 68 verwendeten Materialien ähneln denen, die für die beispielhafte Ausführungsform von 2 beschrieben wurden. In weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann der Ringraum 70 mit Bezug auf die Fläche 60 eingerückt sein, aber ist nicht mit der Emissionsfläche 72 des Einsatzes 68 bündig.
Obgleich der hier besprochene Gegenstand ausführlich mit Bezug auf die konkreten beispielhaften Ausführungsformen und Verfahren der Erfindung beschrieben wurden, versteht es sich, dass der Fachmann, nachdem er ein Verständnis des oben Dargelegten gewonnen hat, ohne Weiteres Änderungen, Variationen und Äquivalente solcher Ausführungsformen hervorbringen kann. Dementsprechend ist der Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung beispielhaft und nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen, und die hier besprochene Offenbarung schließt nicht die Einbindung von Modifikationen, Variationen und/oder Ergänzungen des hier besprochenen Gegenstandes aus, die dem Durchschnittsfachmann unter Verwendung der im vorliegenden Text offenbarten Lehren einfallen.
Bezugszeichenliste

10: Brennersystem
11: Brenner
12: Brennerkorpus
14: Plasmagaskammer
16: Düse
18: Stromversorgung
20: negative Stromleitung
22: positive Stromleitung
23: Schalter
24: Gasquelle
26: Zuleitung
28: Ventil
34: Versorgungsrohr
36: Kammer
38: Isolierkörper
40: Katodenkorpus
42: Anodenkorpus
44: Wirbelring
46: Elektrodenkorpus
50: Elektrodeeinsatz
52: Lichtbogendurchgang
54: Werkstück
56: Lichtbogen
58: Kammer
60: Fläche
62: Entladungsende
64: Gewinde
66: Bohrung
66: Einsatz
70: Ringraum
72: Emissionsfläche
74: gefaste Fläche
75: Fläche
76: äußerer Abschnitt
78: innerer Abschnitt
L: Längsrichtung

Claims

Elektrode für einen Plasmalichtbogenbrenner (10), die Folgendes umfasst: einen länglichen Korpus (46), der eine Längsrichtung (L) definiert und ein hoch-wärmeleitfähiges Material umfasst, wobei der Korpus (46) eine Fläche (60) an einem Entladungsende (62) der Elektrode aufweist, wobei der Korpus (46) eine Bohrung (66) definiert, die sich entlang der Längsrichtung (L) erstreckt; einen Einsatz (68), der in der Bohrung (66) aufgenommen ist und einen äußeren Abschnitt (76) und einen inneren Abschnitt (78) aufweist, wobei der innere Abschnitt (78) in Kontakt mit dem länglichen Korpus (46) steht, und der äußere Abschnitt (76) eine frei liegende Emissionsfläche (72) hat, die relativ zur Fläche (60) des länglichen Korpus (46) eingerückt ist; und ein Ringraum (70), der in der Bohrung (66) neben dem Einsatz (68) aufgenommen ist, wobei der Ringraum (70) den äußeren Abschnitt (76) des Einsatzes (68) von dem länglichen Korpus (46) trennt.
Elektrode nach Anspruch 1, wobei der Ringraum (70) ein Material mit einer Austrittsarbeit umfasst, die größer ist als die Austrittsarbeit des Einsatzes (68).
Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ringraum (70) ein Material mit einer Schmelzpunkttemperatur umfasst, die höher als die Schmelzpunkttemperatur des Einsatzes (68) ist.
Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Ringraum (70) und der Einsatz (68) jeweils aus dem gleichen Material bestehen.
Elektrode nach Anspruch 4, wobei der Ringraum (70) und der Einsatz (68) jeweils aus Hafnium bestehen.
Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Ringraum (70) aus keramischem Material besteht.
Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Ringraum (70) aus einem elektrischen Isolator besteht.
Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Ringraum (70) relativ zu dem länglichen Korpus (46) eingerückt ist.
Elektrode nach Anspruch 8, wobei der Ringraum (70) mit der emissiven Fläche (72) des Einsatzes (68) bündig ist.
Elektrode für einen Plasmalichtbogenbrenner (10), insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, die Folgendes umfasst: einen Elektrodenkorpus (46), der aus einem thermisch und elektrisch leitfähigen Metall besteht, wobei der Elektrodenkorpus (46) eine Fläche (60) und einen in der Fläche (60) positionierten Hohlraum (66) aufweist; einen Einsatz (68), der in dem Hohlraum (66) montiert ist und ein emissives Material umfasst, das eine Austrittsarbeit aufweist, die geringer ist als die Austrittsarbeit des Elektrodenkorpus (46), wobei der Einsatz (68) in Kontakt mit dem Elektrodenkorpus (46) positioniert ist, wobei der Einsatz (68) relativ zu der Fläche (60) des Elektrodenkorpus (46) eingerückt ist; und eine Hülse (70), die den Einsatz (68) umgibt und einen Abschnitt (76) des Einsatzes (68) nahe der Fläche (60) des Elektrodenkorpus (46) von dem Elektrodenkorpus (46) trennt.
Elektrode nach Anspruch 10, wobei die Hülse (70) ein Material mit einer Austrittsarbeit umfasst, die größer als die Austrittsarbeit des Einsatzes (68) ist; und/oder wobei die Hülse (70) ein Material mit einer Schmelzpunkttemperatur umfasst, der höher als die Schmelzpunkttemperatur des Einsatzes (68) ist.
Elektrode nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Hülse (70) und der Einsatz (68) jeweils aus Hafnium bestehen.
Elektrode nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Hülse (70) aus keramischem Material besteht.
Elektrode nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Hülse (70) relativ zu dem länglichen Korpus (46) eingerückt ist und mit einer emissiven Fläche des Einsatzes (68) bündig ist.
Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Ringraum oder die Hülse (70) eine frei liegende Fläche (74) hat, die gefast ist.