DE2232889A1 - Mit technischem wechselstrom gespeister plasmabrenner - Google Patents

Description

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He.

Patelhold Patentverwertungs- und Elektro-Holding AG,-Glarus

Mit technischem Wechselstrom gespeister Plasmabrenner

Plasmabrenner finden in der Technik in zunehmenden Masse Verbreitung. Ihr AnwendungsSpektrum reicht von der Metallbearbeitung (Plasmaschneiden, -schweissen, -spritzen) bis zur Verfahrenstechnik (Plasmametallurgie, Hochtemperatursynthese).

Bei Plasmabrennern für hohe Leistungen sind die bisherigen Speisungssysteme entweder unwirtschaftlich oder zu kompliziert. So sind beispielsweise Plasmabrenner bekannt geworden, bei denen ein mittels Gleichstrom erzeugtes "Hilfsplasmä" mittels technischem Wechselstrom aus dem Versorgungsnetz konduktiv aufgeheizt wird (Polnische Fachzeitschrift "Hutnik", 1971, Heft 1, -S. 48 - 59).

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Das derartigen Plasmabrennern zugrundeliegende Prinzip r

ist in den Figuren la bis Id beispielsweise dargestellt. Eine Gleichstromquelle 1 dient zur Erzeugung einer sogenannten Pilot-Plasmafackel zwischen zwei Elektroden 2, 3 bzw. zwischen einer der Elektroden 2, 3 und einer Hilfselektrode 4. Eine Wechselstromquelle 5 ist zwischen beide Elektroden 2 und 3 bzw. zwischen einer der Elektroden 2 oder 3 und die Hilfselektrode 4 geschaltet.

Auf diesem Anspeisungsprinzip beruhende Plasmabrenner weisen gegenüber solchen mit reiner Gleichstrom- oder Hochfrequenz -Anspelsung versehenen Plasmabrennern eine Reihe von Vorteilen auf, sind jedoch relativ kompliziert- herzustellen und werfen grosse Probleme hinsichtlich des Elektrodenabbrandes auf.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen mit technischen Wechselstrom gespeisten Plasmabrenner zu schaffen, der die Nachteile bekannter Plasmabrenner nicht aufweist und der sich durch grosse Wirtschaftlichkeit, hohe Standzeit bei vergleichsweise einfachem Aufbau auszeichnet.

Diese Aufgabe wird bei einem mit technischen Wechselstrom gespeisten Plasmabrenner erfindungsgemäss dadurch gelöst,

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dass zur Aufrechterhaltung des Plasmas während des Nulldurchgangs der Wechselspannung eine von einer Hochfrequenzenergiequelle gespeiste Pilot-Plasmafackel vorgesehen ist.

Auf diese Weise lassen sich wesentlich längere Ionisa- · ' tionstrecken erzeugen, wobei sich zudem diese auf einfache Weise stabilisieren lassen. Nahezu unabhängig von der Wechselstromleistung werden zur Aufrechterhaltung des Plasmas relativ geringe, in der Grössenordnung von mehreren Kilowatt liegende Hf-Leistungen benötigt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung bekannter Änspeisungen von Plasmabrennern,

Fig. 2 schematische Darstellungen von Änspeisungen von Plasmabrennern gemäss der Erfindung,

Fig..3 eine vereinfachte Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemässen Plasmabrenners mit Hf-Pilot-Plasmafackel.

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Das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip der Erzeugung einer Pilot-Plasmafackel mittels Hochfrequenz ist in den Figuren 2a bis 2d veranschaulicht. Diese sind den schematischen Darstellungen der Figuren la bis Id gegenübergestellt. An die Stelle der Gleichstromquelle 4 in Fig. 1 tritt nun die Hochfrequenzenergiequelle 6.

Aufbau und Wirkungsweise sowie die mit Hochfrequenzanspeisung erzielbaren Vorteile werden nachstehend anhand der Fig. 3 erläutert.

In Fig. 3 ist der eigentliche Plasmabrenner vereinfacht

dargestellt und mit 7 bezeichnet. Der Brenner weist zwei Kühlmittelanschlüsse 8, 9 auf. Diese führen an eine vorzugsweise als Drosselspule ausgebildete Doppelleitung 10. Die Doppelleitung endet in einem Verteilerstück 11, das eine ankommende und eine' abgehende Kühlmittel leitung 12 bzw. 13 zusammenfasst. Zur Potentialtrennung zwischen Doppelleitung 10 und Kühlmittelversorgung 14 kann entweder das Verteilerstück aus einem Isoliermaterial bestehen, oder zwischen Verteilerstück und Kühlmittelversorgung sind je eine Isolierleitung 12* bzw. 13* vorgesehen.

Dem Brenner 7 gegenüber liegt die Gegenelektrode j5 auf Massepotential. Zwischen Masse .und dem be'rennerseitigen Ende

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der Doppelleitung 10 liegt die über einen Kondensator 15 angekoppelte Hochfrequenzenergiequelle 6, z.B. ein Indu-'strie-Hf-Generator. Der niederfrequente (technische) Wech-

- selstrom wird, von der Wechselstromquelle 5j z.B. dem allgemeinen 50 Hz- bzw. 60 Hz-Netz, kommend, über einen Transformator l6, dessen Sekundärwicklung 17 mit einem,Ende an Masse liegt, über eine Drossel Ϊ8 und eine Doppelleitung 10, welche gleichzeitig als Drosselspule ausgebildet ist, dem Brenner zugeführt. Ein zwischen beide Drosseln geschalteter Kondensator 19 dient zum Abblocken der Hf-Spannung.

Der Brenner 7 weist eine zentrale' Bohrung 20 auf, an die

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über eine Leitung 21 ein Gasvorratsbehälter und gegebenenfalls eine Pumpe 25 angeschlossen sind. Die genannte Bohrung weist Gasführungseinrichtungen (nicht dargestellt) zur Verwirbelung des durch sie hindurchströmenden Gases auf. Weiterhin kann noch ein an eine Leitung 24 angeschlossener Behälter 25 vorgesehen sein, um flüssige oder feste Reaktionspartner in den Brenner 7 einzuführen. Nähere Einzelheiten des Brenners 7 sind in der deutschen Patentanmeldung der Anmelderin (P524 ) beschrieben.

Die Wirkungsweise des Plasmabrenners gemäss Fig. jj geht aus folgendem hervor: Im Brenner wird ein Gasstrom erzeugt. Das Gas kann z.B. ein Inertgas (Argon, Stickstoff etc.) oder auch ein Gas oder Gasgemisch sein, das gleichzeitig als

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Reaktionspartner für gewollte chemische Reaktionen dient. Nach dem Einschalten der Hf-Energiequelle kann das Plasma gezündet werden. Es bildet sich dann zwischen dem Brenner 7 und der Gegenelektrode eine Pilot-Plasmafackel aus. Danach wird die Wechselstromquelle 5 eingeschaltet. Die aus der V/echselstromquelle kommende Energie bewirkt quasi eine konduktive Aufheizung des Pilot-Plasmas. Sobald die Hf-Energiequelle ausgeschaltet wird, erlischt die Plasmaflamme.

Versuche haben ergeben, dass zur Aufrechterhaltung des Pilot-Plasmas relativ geringe, in der Grössenordnung von einigen Kilowatt Hf-Energie liegende Hf-Leistungen benötigt werden. Die Wechselstromleistung kann dabei mehrere 100 kW betragen und wird letztlich nur durch die elektrische und thermische Belastbarkeit des Brenners 7 beschränkt.

Neben der in Fig. 3 dargestellten einphasigen Anspeisung ist selbstverständlich auch mehrphasige Anspeisung möglich, beispielsweise aus dem üblichen Drei-Phasen-Netz. Dann sind drei von jeweils einer Phase gespeiste Brenner notwendig. Zur Aufrechterhaltung des Plasmas ist eine einzige Hochfrequenzquelle, die in der In Fig. 3 dargestellten Art von dem

Drei-Phasen-Netz entkoppelt ist, vorgesehen und die drei Brenner liegen bezüglich der .Hf-Q?uelle parallel..

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   ί lyMit technischem Wechselstrom gespeister Plasmabrenner, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufrechterhaltung des Piasmas während des Nulldurchgangs der Wechselspannung eine
   von einer Hochfrequenz-Energiequelle (6) gespeiste Pilot-Plasmafackel vorgesehen ist.
2. 2. Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl· die Wechselstromquelle (5)· als auch die Hoch-

   . frequenz-Energiequelle (6) parallel geschaltet und durch
   aus mindestens einer Kapazität und einer Induktivität bestehende Glieder entkoppelt sind.
3. 3. Plasmabrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehrphasiger Anspeisung aus dem Wechselstromnetz jeder Phase ein Brenner (7) zugeordnet ist und zur
   Aufrechterhaltung des Plasmas eine gemeinsame Hochfrequenzenergiequelle (6)-vorgesehen ist.

   PATEIHOLD

   Patentverwertungs-und Elektro-Holding AG.

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