DE2502565A1

DE2502565A1 - Plasma burner with adjustable coaxial arcing electrodes - with circular gap width set rapidly after arc formation

Info

Publication number: DE2502565A1
Application number: DE19752502565
Authority: DE
Inventors: Hans Georg Ing Grad Domres
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1975-01-23
Filing date: 1975-01-23
Publication date: 1976-07-29

Abstract

The plasma burner is for generating an open or closed arc, has an outer water-cooled cylindrical electrode surrounding a water-cooled axially-sliding central electrode. A differential cylinder (26) is located on the head (2) that carries the cylindrical electrode (1) and separated from the head by an insulator (29). The cylinder piston (25) is connected rigidly to the support (18) of the central electrode (11). The head with tube (3-5), the end plate (7) and the cylindrical electrode guide nozzle (8) form one weld unit. The advantage lies in being able to set the width of the circular gap between electrodes in as short a time as possible after the arc has been generated by bringing the two electrodes together.

Description

Plasmabrenner Die Erfindung betrifft einen Plasmabrenner zur Erzeugung eines offenen oder geschlossenen Lichtbogens mit einer äußeren wassergekühlten Zylinderelektrode und einer mit Abstand in deren Zentrum angeordneten, in Achsrichtung verschiebbaren wassergekühlten Zentralelektrode. Plasma torch The invention relates to a plasma torch for generation an open or closed arc with an external water-cooled cylinder electrode and one arranged at a distance in the center thereof and displaceable in the axial direction water-cooled central electrode.

Derartige Plasmabrenner werden mit offenem Lichtbogen betrieben, wenn das zu behandelnde Werkstückelektnsch leitend ist und zwischen diesem und der Zentralelektrode ein Lichtbogen aufrecht erhalten wird. Ein geschlossener Lichtbogen liegt dann vor, wenn dieser zwischen der Zentralelektrode und der Zylinderelektrode steht und lediglich der auf das Werkstück auftreffende Gasstrahlals Wärmeträger verwendet wird.Such plasma torches are operated with an open arc, if the workpiece to be treated is electrically conductive and between it and the central electrode an arc is maintained. A closed arc is then present, if this is between the central electrode and the cylinder electrode and only the gas jet impinging on the workpiece is used as a heat carrier.

Zur Veränderung der Größe des Ringspalts zwischen zwei koaxial zueinander angeordneten Elektroden zum Starten des Lichtbogens bzwO zur Regelung der Gaszufuhr für die Erzeugung des Plasmastrahls sind bereits durch die DU-OS 1 514 440 und 1 802 414 für das axiale Verschieben der inneren Elektroden mechanische Mittel bekannt. Dabei handelt es sich um Halter für diese Elektroden, die mit ihren Gewinden in entsprechende Gegenstücke der Brennergehäuse eingreifen. Durch Drehen des einen Teiles im anderen festgelegten Teil läßt sich die innere Elektrode zur äußeren Elektrode hin oder von dieser weg bewegen. Dies kann allerdings durch die geringe Steigung der Gewinde nur verhältnismäßig langsam und nicht allzu genau im Hinblick auf die Ringspaltbreite erfolgen.To change the size of the annular gap between two coaxial to each other arranged electrodes to start the arc or to regulate the gas supply for the generation of the plasma jet are already through the DU-OS 1 514 440 and 1 802 414 known mechanical means for the axial displacement of the internal electrodes. These are holders for these electrodes with their threads in engage the corresponding counterparts on the burner housing. By turning one Part in the other fixed part, the inner electrode becomes the outer electrode move towards or away from it. However, this can be due to the slight incline the thread only relatively slow and not too precise in terms of the Annular gap width take place.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zentralelektrode zur Bildung des Lichtbogens mit der Zylinderelektrode in Berührung zu bringen und danach in möglichst kurzer Zeit die Breite des Ringspaltes zwischen beiden Elektroden einzustellen.The invention is based on the object of the central electrode Bringing the formation of the arc into contact with the cylinder electrode and thereafter adjust the width of the annular gap between the two electrodes in the shortest possible time.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an dem die Zylinderelektrode tragenden Kopfstück von diesem durch ein Isolierstück getrennt ein Differentialzylinder angeordnet ist, dessen Kolben fest mit dem Träger der Zentralelektrode verbunden ist.This object is achieved in that the The head piece carrying the cylinder electrode is separated from it by an insulating piece a differential cylinder is arranged, the piston of which is fixed to the carrier of the central electrode connected is.

Um die Zylinderelektrode ohne die Verwendung von Dichtungsmitteln, die bei verschraubten Elektroden immer erforderlich waren, über ihre Lebensdauer vollkommen wasserdicht zu machen wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß es sich bei dem Kopfstück mit den Rohren, der Stirnplatte und der Pührungsdüse der Zylinderelektrode um ein Schweißteil handelt.To make the cylinder electrode without the use of sealants, which were always required with screwed electrodes, over their service life To make completely waterproof is proposed according to the invention that it with the head piece with the tubes, the face plate and the guide nozzle of the cylinder electrode is a welded part.

Damit auch das äußere Rohr der Zentralelektrode immer wasserdicht bleibt und wenn es abgenützt ist, leicht ausgewechselt werden kann, wird nach einem weiteren Merkmal erfindungsgemäß empfohlen, daß das äußere Rohr der Zentralelektrode an seinem warmen Ende durch ein Schweißstück verschlossen ist, das eine Bohrung für eine Hohlzylinderelektrode aufweist und das andere Ende dieses Rohres durch eine aus einem Klemmring, einem Druckstück und einer Mutter bestehende Spanneinrichtung lösbar mit dem Träger verbunden ist0 Zum leichten Austausch des inneren Rohres der Zentralelektrode wird nach der Erfindung weiterhin vorgeschlagen, daß das innere Rohr der Zentralelektrode, das frei aus dem Träger herausragt, an diesem durch ein Gewindestück festgelegt ist.So that the outer tube of the central electrode is always watertight remains and when it is worn out, it can be easily replaced, becomes after one Another feature recommended according to the invention that the outer tube of the central electrode is closed at its warm end by a welding piece that has a bore for a hollow cylindrical electrode and the other end of this tube through a clamping device consisting of a clamping ring, a pressure piece and a nut is detachably connected to the carrier 0 For easy replacement of the inner tube of the Central electrode is also proposed according to the invention that the inner Tube of the central electrode, which protrudes freely from the carrier, on this through a Threaded piece is set.

Da es bei koaxial angeordneten Elektroden erwünscht ist, daß der Lichtbogen durch eine entsprechende Rührung des Arbeitsgases auf den kreis- bzw. ringförmigen Plächen der Elektroden umläuft, wird erfindungsgemäß weiter empfohlen, daß die zwischen der Zylinderelektrode und der Zentralelektrode angeordneten Abstandhalter als Drallkörper ausgeführt sind.Since it is desirable in coaxially arranged electrodes that the arc by appropriate agitation of the working gas on the circular or ring-shaped Electrode planes circulates, is further recommended according to the invention, that the spacers arranged between the cylinder electrode and the central electrode are designed as swirl bodies.

Um beim Zünden des Lichtbogens, wenn die Elektroden miteinander in Berührung gebracht werden, ein Aufschlagen der Zentralelektrode auf die Zylinderelektrode zu vermeiden, wird nach der Erfindung. noch vorgeschlagen, daß der Träger der Zentralelektrode einen in Achsrichtung verschieb- und festlegbaren Stellring hat, dem außen am Differentialzylinder ein Anschlag zugeordnet ist, Schließlich wird zum Begrenzen bzw. der festen Einstellung der Ringspall;reite zwischen der Zentralelektrode und der Zylinderelektrode nach dem Zünden des Lichtbogens, wenn dieser weiter aufrecht erhalten wird, erfindungsgemäß noch oder Vorschlag gemacht, daß im Differentialzylinder auf dem Träger ein loser Distanzring für den Kolben vorgesehen ist.In order to ignite the arc when the electrodes are in contact with each other Are brought into contact, a striking of the central electrode on the cylinder electrode to avoid is according to the invention. still proposed that the support of the central electrode has an adjusting ring that can be moved and fixed in the axial direction, the outside of the differential cylinder a stop is assigned. Finally, a limit or fixed setting is used the annular space; ride between the central electrode and the cylinder electrode the ignition of the arc, if this is further maintained, according to the invention nor made a suggestion that in the differential cylinder on the carrier a loose Spacer ring is provided for the piston.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below.

Es zeigt die einzige Figur der Zeichnung einen Plasmabrenner halb geschnitten in der Seitenansicht.The only figure in the drawing shows a half plasma torch cut in the side view.

Die äußere, wassergekühlte Zylinderelektrode 1 hat ein Kopfstück 2, an dem sich der nicht dargestellte Halter für den Plasmabrenner befindet.The outer, water-cooled cylinder electrode 1 has a head piece 2, on which the holder, not shown, for the plasma torch is located.

An das Kopfstück 2 sind das äußere Rohr 3, das mittlere Rohr 4-und das innere Rohr 5 angeschweißt, die alle aus einem elektrisch gut leitenden Material z.B.- Kupfer bestehen. Das mittlere Rohr 4 ist etwas kürzer als das äußere und innere Rohr 3 bzw. 5 und wird nahe seinem freien Ende durch die mit Ausnehmungen für den Xühlwasserdurchfluß versehenen Ringe 6! gegenüber dem äußeren und inneren Rohr auf Abstand gehalten.The outer tube 3, the middle tube 4 and 4 are attached to the head piece 2 the inner tube 5 is welded on, all of which are made of a highly electrically conductive material e.g. - made of copper. The middle tube 4 is slightly shorter than the outer and inner one Tube 3 or 5 and is near its free end by the with recesses for the Rings 6 provided with cooling water flow! opposite to the outer and inner tube Kept their distance.

Das äußere und innere Rohr 3 bzw. 5 ist am Ende durch eine aufgeschweißte Stirnplatte 7 verschlossen. In der gleichen Weise ist die ins innere Rohr 5 hineinreichende Puhrungsdüse 8, die ebenfalls aus Kupfer besteht, in der Bohrungsfläche der Stirnplatte 7 angebracht.The outer and inner tube 3 and 5 is welded on at the end by a Front plate 7 closed. The one reaching into the inner tube 5 is in the same way Puhrungsdüse 8, which is also made of copper, in the bore surface of the end plate 7 attached.

Am Kopfstück 2 befindet sich an der unteren Seite der Einlaß 9 für das Kühlwasser. Oben am Kopfstück ist der Auslaß 10 für das Kühlwasser. Der Auslaß wird gleichzeitig als Stromanschluß für die äußere Zylinderelektrode 1 verwendet.At the head piece 2 is on the lower side of the inlet 9 for the cooling water. At the top of the head piece is the outlet 10 for the cooling water. The outlet is used at the same time as a power connection for the outer cylinder electrode 1.

Die kupferne Zentralelektrode 11 besteht aus einem äußeren Rohr 12, das an seinem freien Ende durch ein Schweißstück 13 verschlossen ist. Dieses hat eine Bohrung zur Aufnahme der aus Graphit bestehenden hohlzylinderförnigen Elektrode 14.The copper central electrode 11 consists of an outer tube 12, which is closed at its free end by a welding piece 13. This has a hole for receiving the hollow cylindrical electrode made of graphite 14th

Diese bildet den Fußpunkt des Lichtbogens, der, wenn er geschlossen ist, bis zur Pührungsdüse 8 reicht.This forms the base point of the arc, which is when it closes is, up to the Pührungsdüse 8 is enough.

Am anderen Ende ist das äußere Rohr 12 der Zentralelektrode 11 über eine aus einem Klemmring 15, einem Druckstück 16 und einer Mutter 17 bestehenden Spanneinrichtung lös- und austauschbar mit dem Träger 18 verbunden.At the other end, the outer tube 12 of the central electrode 11 is over one consisting of a clamping ring 15, a pressure piece 16 and a nut 17 The clamping device is detachably and interchangeably connected to the carrier 18.

Im äußeren Rohr 12 der Zentralelektrode 11 befindet sich mit Abstand von dessen Schweißstück 13 endend das innere Rohr 19, Diese wird durch mit Öffnungen für den Kühlwasserdurchtritt versehene Binge 20 gegenüber demäußeren Rohr 12 auf Abstand gehalten. Das innere Rohr 19 ragt aus dem Träger 18 heraus und ist an diesem durch ein Gewindestück 21 festgelegt0 In Nuten des Druckstücks 16 sind Dichtungen 22 gegenüber dem inneren Rohr 19 eingelegte um einen einwandfreien Kühlwasserkreislauf in der Zentralelektrode 11 sicherzustellen. Bei dieser tritt das Kühlwasser über den am herausragenden Ende des inneren Rohres 19 angeordneten Anschluß 23 ein und verläßt die Zentralelektrode über die im Druck stück 16 und Träger 18 eingebrachten Bohrungen am Wasserauslaß 24, der gleichzeitig der Stromanschluß für die Zentralelektrode 11 ist.In the outer tube 12 of the central electrode 11 is located at a distance The inner tube 19 ends from its welding piece 13, this is through with openings Binge 20 provided for the passage of cooling water opposite the outer tube 12 Kept their distance. The inner tube 19 protrudes from the carrier 18 and is on this fixed by a threaded piece 21. In the grooves of the pressure piece 16 are seals 22 opposite the inner tube 19 inserted around a perfect cooling water circuit ensure in the central electrode 11. In this case, the cooling water passes over arranged at the protruding end of the inner tube 19 connection 23 and leaves the central electrode on the pressure piece 16 and carrier 18 drilled holes at the water outlet 24, which is also the power connection for the central electrode 11 is.

Auf dem Träger 18 der Zentralelektrode 11 ist der Kolben 25 des Differentialzylinders 26 fest angebracht, der mit einer Seite am Bund des rägers 18 anliegt und auf der anderen Seite durch einen Sicherungsring 27 gehalten wird.On the carrier 18 of the central electrode 11 is the piston 25 of the differential cylinder 26 firmly attached, one side of which rests against the collar of the carrier 18 and on the the other side is held by a locking ring 27.

Durch den L-förmigen Drehteil 28, der in das Isolierstück 29 eingreift, wird der Differentialzylinder 26 gebildet. Dieser ist durch gleichmäßig am Umfang des Kopfstückes 2 verteilt angeordnete Isolierschrauben mit dem Kopfstück verbunden und verspannt. In der Zeichnung ist eine der Isolierschrauben durch die Strichpunktlinie 30 angedeutet.Through the L-shaped rotating part 28, which engages in the insulating piece 29, the differential cylinder 26 is formed. This is evenly around the circumference of the head piece 2 distributed insulating screws connected to the head piece and tense. In the drawing, one of the isolation screws is through the dash-dot line 30 indicated.

Die stirnseitigen Öffnungen des Differentialzylinders 26 sind gegenüber dem sich in wiesen hinundherbewegenden Träger 18 und dem äußeren Rohr 12 der Zentralelektrode 11 mit Lipendichtungen 31 versehen. Aus Sicherheitsgründen ist außerdem zwischen dem äußeren Rohr der Zentralelektrode und dem Trager in einer Nut von letzteren ein weiterer Dichtring 32 vorgesehen, um zu verhindern, daß aus dem Differentialzylinder 26 das Druckmittel über die aus Klemmring 15, Druckstück 16 und Mutter 17 gebildete Spanneinrichtung austritt.The end openings of the differential cylinder 26 are opposite the reciprocating carrier 18 and the outer tube 12 of the central electrode 11 provided with lip seals 31. For security reasons, there is also between the outer tube of the central electrode and the support in a groove of the latter another sealing ring 32 is provided to prevent it from coming out of the differential cylinder 26 the pressure medium via the clamping ring 15, pressure piece 16 and nut 17 formed Clamping device exits.

Durch den am Kopfstück 2 der Zylinderelektrode 1 angeordneten Differentialzylinder 26, dessen Kolben 25 am Träger 18 der Zentralelektrode 11 befestigt ist, kann durch das wechselseitige Zu- und Abführen eines Druckmediums in den Differentialzylinder die Zentralelektrode hydraulisch oder pneumatisch gegenüber der Zylinderelektrode in Achsrichtung hinundherbewegt werden.By the differential cylinder arranged on the head piece 2 of the cylinder electrode 1 26, the piston 25 of which is attached to the carrier 18 of the central electrode 11, can through the mutual supply and discharge of a pressure medium in the differential cylinder the central electrode hydraulically or pneumatically opposite the cylinder electrode be moved back and forth in the axial direction.

Zur Begrenzung des Verschiebeweges der Zentralelektrode 11 von der Pührungsdüse 8 der Zylinderelektrode 1 weg nach links ist auf dem Träger 18 innerhalb des Differentialzylinders 26 ein -loser Distanzring 33 aufgesetzt, an den der Kolben 25 anschlägt0 Um bei entgegengesetzter Bewegung der Zentralelektrode deren Aufschlagen auf die Pührungsdüse der Zylinderelektrode zu verhindern, ist auf dem Träger 18 der ein Langloch aufweisender Stellring 34 vorgesehen, der über eine Schraube 35 verschieb-und feststellbar ist. Außen am Differentialzylinder ist ein Anschlag 36 für den Stellring 34 angeordnet.To limit the displacement of the central electrode 11 from the Guiding nozzle 8 of the cylinder electrode 1 away to the left is on the carrier 18 inside of the differential cylinder 26 a -lose spacer ring 33 is placed on which the piston 25 strikes 0 Um when the central electrode moves in the opposite direction, its striking to prevent the guide nozzle of the cylinder electrode is on the carrier 18 the adjusting ring 34 having an elongated hole is provided, which is connected via a screw 35 can be moved and locked. There is a stop 36 on the outside of the differential cylinder arranged for the adjusting ring 34.

Das Isolierstück 29 weist noch den Einlaß 37 für das unter regelbarem Dick einfließende Arbeitsgas auf. Dieses -gelangt zwischen der Zylinderelektrode 1 und der Zentralelektrode 11, wenn es die zwischen diesen beiden Teilen angeordneten und durch Sicherungsringe gehaltenen, aus einer Keramik bestehenden Drallkörper 38 durchströmt hat, als sich um die Längsachse des Plasmabrenners drehender Gas strom zu dem zwischen der Zentralelektrode und der Zylinderelektrode brennender Lichtbogen, der dabei vom Gas aufgeheizt wird.The insulating piece 29 still has the inlet 37 for the under controllable Working gas flowing in thick. This arrives between the cylinder electrode 1 and the central electrode 11, if there are those arranged between these two parts and twist body made of a ceramic and held by retaining rings 38 has flowed through as a gas rotating around the longitudinal axis of the plasma torch current to the one burning between the central electrode and the cylinder electrode Arc, which is heated up by the gas.

Mit den Pfeilen sind in der Zeichnung die Pließrichtungen des Kühlwassers, des Arbeitsgases und des in den Differentialzylinder einströmenden Druckmittels angedeutet. Da das letztere: in zwei verschiedenen Richtungen in den Differentialzylinder eintreten kann, sind hier auch noch gestrichelte PSeile mit verwendet worden.The arrows in the drawing indicate the plating directions of the cooling water, the working gas and the pressure medium flowing into the differential cylinder indicated. Because the latter: in two different directions in the differential cylinder can occur, dashed P-ropes have also been used here.

Bei der beispielsweise besprochenen Ausführungsform eines Plasmabrenners zeigt sich, daß nach Lösen der durch die Strich punktlinie 30 angedeuteten Isolierschrauben sich die Zylinderelektrode 1 leicht abnehmen läßt. Danach kann nach dem Lösen der aus dem Klemmring 15, Druckstück 16 und Mutter 17 bestehenden Spanneinrichtung das äußere Rohr 12 der Zentralelektrode 11 entfernt werden. Unabhängig davon läßt sich naoh Abnehmen des Gewinde stücks 21 vom Träger 18 der Zentralelektrode 11, deren inneres Rohr 19 austauschen.In the embodiment of a plasma torch discussed for example it is found that after loosening the insulation screws indicated by the dashed dotted line 30 the cylinder electrode 1 can be easily removed. After that, after solving the from the clamping ring 15, pressure piece 16 and nut 17 existing clamping device the outer tube 12 of the central electrode 11 can be removed. Regardless of that, you can well Removing the threaded piece 21 from the carrier 18 of the central electrode 11, the interior of which Replace tube 19.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Verwendung eines Druckmediums sich die Zentralelektrode gegenüber der Zylinderelektrode in einfacher Weise schneller und genauer als bisher bewegen bzw. einstellen läßt und sich dabei durch die vorgechlagene Konstruktion auch noch ein einfacher und betriebssicherer Aufbau des Plasmabrenners ergibt.The advantages achieved with the invention are in particular: that, through the use of a pressure medium, the central electrode faces each other move the cylinder electrode in a simple manner faster and more precisely than before or can be set and can be adjusted by the proposed construction a simple and reliable construction of the plasma torch results.

Claims

Patent claims:

1. Plasma torch for generating an open or closed arc with an outer water-cooled cylinder electrode and one at a distance in it Water-cooled central electrode arranged in the center and displaceable in the axial direction, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the cylinder electrode (1) bearing head piece (2) separated from this by an insulating piece (29) a differential cylinder (26) is arranged, the piston (25) of which is fixed to the carrier (18) of the central electrode (11) is connected.

2. Plasma torch for generating an open or closed arc, according to claim 1, characterized in that the head piece (2) with the Tubes (3 to 5), the face plate (7) and the guide nozzle (8) of the cylinder electrode (1) is a welded part.

3. Plasma breaker for generating an open or closed arc, according to claim 1, characterized in that the outer tube (12) of the central electrode (11) is closed at its warm ~ end by a welding piece (15), the one Has bore for a hollow cylinder electrode (14) and the other end of this Tube by one of a clamping ring (15), a pressure piece (16) and a nut (17) existing clamping device. is releasably connected to the carrier (18).

4o plasma torch to generate an open or closed arc, according to claims 1 and 3, characterized in that the inner tube (19) of the central electrical unit (11), which protrudes freely from the carrier (18), on this by a threaded piece (21) is fixed.

5. Plasma torch for generating an open or closed arc, according to claim 1 to 4, characterized in that the between the cylinder electrode (1) and the central electrode (11) arranged spacers as swirl body (38) are executed.

6. Plasma torch for generating an open or closed.

Arc according to Claims 1 and 3, characterized in that the Carrier (18) of the central electrode (11) is a displaceable and fixable in the axial direction Has adjusting ring (34) assigned a stop (36) on the outside of the differential cylinder (26) is.

7. Plasma scrubber to create an open or closed; Arc according to Claims 1, 3 and 6, characterized in that in the differential cylinder (26) a loose spacer ring (33) for the piston (25) is provided on the carrier (18) is.

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