DE2033072A1 - Plasmabrenner - Google Patents

Description

DIPL.-INQ. H. STEHMANN
DI PL.-P HYS. D R. K. S C H W EIN Z E R 85 nürnber

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B8SBNWEINSTRA8SE 4-ί PATENTANWÄLTE TEL: KANZLEI 0911/203727 PRIVAT: 774304

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England

¹¹ Plasmabrenner"

Die Erfindung betrifft einen Plasmabrenner insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, einen Plasmabrenner zum Reinigen von Schienen und zur Verbesserung der Haftung zwischen Schiene und Rad bei Schienenfahrzeugen. .

Infolge der auftretenden hohen Temperaturen weisen derartige Plasmabrenner einen großen Verschleiß auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Plasmabrenner zu schaffen, der diese Nachteile vermeidet und bei dem für eine entsprechende Kühlung gesorgt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Plasmabrenner gelöst, der leoaxial aufeinanderfolgend aus einer Kathode, zwei Anoden, die voneinander getrennt sind, und einer Plasmakammer zwischen den Anoden besteht, wobei Vorsorge für die Zuführung eines Gases getroffen ist, das vorzugsweise mindestens zum großen Teil aus Luft besteht, und das im wesentlichen tangential der Plasmakammer in dem Bereich, in dem die beiden Anoden getrennt angeordnet sind, zugeführt wird; weiterhin ist Vorsorge für die Zuführung eines weiteren Gases oder einer Mischung von Gasen getroffen, die keine Reaktion mit der Kathode bei hohen Temperaturen zur Folge haben wie beispielsweise Argon, wobei die Zuführung koaxial zur Kathode und oberhalb der ersten Anode erfolgt.

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Vorzugsweise ist die Spitze der gekühlten Kathode aus einem hitze- - beständigen Material hergestellt! die Anoden sind zweckmäßig durch einen Ring aus hitzebestlndigera Isoliermaterial voneinander getrennt.

Bei einem derartigen Brenner, in welche® das Inertgas die Zündung eines Pilotbogens zwischen Ifethode und erster Anode und anschlles» send den Übergang des Bogens auf die zweite Anode erlaubt« an der eine^iöhere Spannung anliegt, ist es möglich Druckluft als den überwiegenden Bestandteil des Plasmasfzu verwenden* ohne daß eine Gefahr der Beschädigung der Kathode infolge der Beaktion des Luftsauerstoffes bei hohen Temperaturen bestellt» Das um die Kathode zugeführte Inertgas wirkt als Schutzschild^, so daß der Sauerstoff daran gehindert ist, die Oxydation der Kathode zu.fördern. Sie ifjsr»« d^-halb aus hinein Mftt-erial hergestellt; werden, das weitere spezielle Eigenschaften für diesen Verwendungszweck aufweist.

Der Überdruck des Inertgases, das der Bohrung der ersten Anode mittels eines ringförmigen Spaltes und/oder eines Kranzes von Bohrungen um die Kathode zugeführt wird, verhindert, daß Luft in Aufwärtsrichtung der Bohrung zurückdiffundiert und eine Korrosion der Kathode verursacht. Ein Ionenbeschuß der Kathode wird auf die Inertgasionen beschränkt, insbesondere den Argonionen allein. Jedoch ist auf diese Weise lediglich die Kathode abgeschirmt.

Das zuerst genannte Gas, das im wesentlichen tangential und vorzugsweise in Abwärtsrichtung in die Piasinakammer eingeleitet wird, unterstützt eine Einschnürung des Bogens und verstärkt den Schutz des Brenners vor Zerstörung durch Wärme.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung liegt darin, daß der Fußpunkt des Bogens an der von der Kathode entfernten Stelle in der Bohrung der Anode gehalten wird und zusätzlich um diese Bohrung rotiert. Diese Maßnahme gewährleistet eine gleichmäßige Verteilung der Wärme in der Anodenöffnung und erlaubt eine wirksame Anordnung von Kanälen für das Kühlwasser innerhalb der Anode

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infolge der Tatsache« daß der Fußpunkt des Bogens in longitudi·* naler Richtung fixiert ist.

Bei einem Brenner« bei dem die Luft der überwiegende Bestandteil 1st, bis zu 95 %, mit Argon als Restgas oder einem anderen Inertgas, 1st die Bogenspannung höher und, bei gegebener Leistung, der von dem Brenner gezogene Strom niedriger als mit anderen Oasen, so daß die Erosion der Elektrode vermindert ist. Typische Arbeitsbedingungen sind etwa 12o Volt und etwa l6o Amperej jedoch 1st ein größerer Spannungsbereich beispielsweise zwischen loo und Joo Volt und ein Strombereich beispielsweise oberhalb IJo Ampere anwendbar.

Ein erfindungsgemäßer Brenner gestattet eine größere Länge des Bogens zu erhalten, so daß dadurch die Erosion der Elektroden bei gegebener Leistung zusätzlich vermindert wird« und zwar aufgrund der Tatsache, daß der Spannungsabfall am Bogen vergrößert und der Strom vermindert ist.

Ein Ausführungsbeispiel einer Br^nnerkiasfcruktion wird anhand der Zeichnung erläutert, welche einen schematischen axialen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Brenner zeigt·

Bei dem dargestellten Brenner ist eine wassergekühlte Kathode 1 vorgesehen, wobei das Wasser bis zu einer Stelle oberhalb einer aus Wolfram gebildeten Spitze 2 mittels einer zentralen Leitung j5 zugeführt und in Aufwärtsrichtung durch einen Ringspalt 4 zwischen dieser Leitung und der Außenseite der Kathode weggeführt wird. Ein äußerer Teil 5 der Kathodenspitze 2 ist von umgekehrter konischer Gestalt und ist in einem umgekehrten konischen Raum 6 einer ersten Anode 7 angeordnet. Die Anode J ist mit einem zylindrischen Mantelwasserkühler 8 versehen, der diesen Raum und einen koaxialen Kanal 9 der ersten Anode umgibt, welcher zu einer Plasmakammer Io des Brenners führt. Oberhalb der Anode 7 erstreckt sich in Aufwärtsrichtung ein Isolierkörper 11, der von der Außenseite der Kathode 1 durch einen Ringspalt 12 getrennt 1st, durch welchen Argon an einer Stelle 1} unter Unterdruck zugeführt wird, beisplels-

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weise bei einem Druck von weniger als 0,703 kg/cm (Io lbs. per sq. ±1) und einem Durchsatz von etwa o,22 bis o,28 nr⁵ pro Stunde.

In Abwandlung dieses AusfUhrungsbeispieles, oder zusätzlich zu dem Spalt 12, kann ein koaxialer Kranz von Bohrungen 15 vorgesehen sein, und zwar für die Zuleitung von Argon. Die Bodenfläche der Anode 7 ist von der Oberseite einer zweiten Anode 16 mittels eines Ringkörpers 17 aus hitzebeständigem Isoliermaterial getrennt. Durch ihn sind quer verlaufende Bohrungen l8 geführt, über welche Druckluft zugeführt wird, die in die Plasmakammer Io im wesentlichen

»tangential und in Abwärtsrichtung eintritt; beispielsweise bei einem ρ
Druck von ungefähr 0,56 kg/cm und bei einem

Durchsatz von ungefähr. 4,8 nr pro Stunde.

Der Ringkörper 17 kann in geeigneter Weise aus einer Asbestmischung bestehen; eine derartige Mischung wird beispielsweise unter dem Handelsnamen "Sindanyo" vertrieben. Die Anode 16 weist einen zylinderförmigen Raum I9 für Wasser auf, der ihren zentralen . Kanal 2o umgibt, welcher den Auslaß des Brenners bildet. Die Anoden 7» 16 können z. B. aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt sein.

In konstruktiver Hinsicht können die Teile 11, 7, 17 und 16 mit- , fc tels Bolzen miteinander verbunden sein, die sich in Längsrichtung der Anordnung erstrecken; sie können auch durch Einbetten in ein hitzebeständiges Isoliermaterial fest zusammengehalten werden.

Der negative Pol einer Energiequelle 21 ist mit der Kathode 1 und ihr positiver Ausgang mit der zweiten Anode 16 und weiterhin - ge-■ trennt - über einen Schalter 22 und einen Widerstand 22* mit der ersten Anode*7 verbunden. Beim Schließen des Schalters wird eine Spannung an die Kathode 1 und die erste Anode 7 angelegt, so daß der Pilot- oder Zündbogen, wie oben erwähnt, gekündet wird· Zum Zünden des Brenners geht der Bogen teilweise von selbst von der ersten Anode 7 auf die zweite Anode 16 überi durch Offnen des Schalters ist der sogenannte "Are-transfer"-FrozeS beendet. Der Brenner arbeitet dann in der so*

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BAD ORfGiSSiAt

Ein derartiger erfindungsgemäßer Brenner kann in geeigneter Weise bei einer Brennerspannung von ungefähr I70 Volt und mit einem Brenner strom von ungefähr I80 Ampere betrieben werden.

- Ansprüche -

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Claims (8)

1. Ansprüche

   1J Plasmabrenner, bei dem koaxial eine Kathode, zwei voneinander getrennte Anoden mit zwischen ihnen angeordneter Plasmakammer aufeinanderfolgen, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stelle (18) eine Zuleitung für eine im wesentlichen tangentielle Zuführung eines Gases in die Plasmakammer (Io) im Bereich der voneinander getrennten Anoden (7,l6) sowie eine Zuleitung für ein bei hohen Temperaturen nicht mit der Kathode (1) reagierendes Gasjfee^, und zwar koaxial zur Kathode an einer weiteren Stelle (3) und oberhalb der ersten Anode (7) vorgesehen ist.
2. 2. Plasmabrenner nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gas in Abwärtsrichtung im wesentlichen tangential in die Plasmakammer (lo) eingeleitet wird.
3. 3- Plasmabrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, e Gas surctndest im *»eseitlichen aus Luft besteht _z
4. 4. Plasmabrenner nach Anspruch 1, 2 oder 3 s dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (5) der gekühlten Kathode aus hitzebeständigem Material besteht.
5. 5. Plasmabrenner nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch ^kennzeichnet, daß die Anoden (7,16) durch einen aus hitzebeständigem Isoliermaterial bestehenden Ringkörper voneinander getrennt sind.
6. 6. Plasmabrenner nach den Ansprüchen 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Gas einer Bohrung der ersten Anode über einen Ringspalt (12) und/oder einem Kranz von Kanälen (15) um die Kathode (1) zugeführt wird.
7. 7· Verfahren zum Betreiben eines Plasmabrenners, dadurch gekennzeichnet, daß ein Has im Bereich der voneinander getrennten Anoden (7,16) tangential in die Plasmakammer (lo) und ein Inertgas koaxial zur Kathode (1) und oberhalb der ersten Anode (7) züge* führt wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gas im wesentlichen aus Luft besteht.

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