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kennwort : Elektrodendüseneinheit Plasmalichtbogenbrenner Die Erfindung
betrifft enen Piasrnalichtbogenbrenner, insbesondere zum Schneiden oder Schweißen,
mit einem Elaktrodenhalter, einer in diesem befestigten Elektrode und eineni DUsenkorper,
in welchem eine Austrittsöffnung für den Plasmastrahl vorgesehen ist.
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Nit diesem Oberbegriff wird auf einen Stand der Technik Bezug genommen,
wie er bei Plasmalichtbogenbrennern, beispielsweise aus der DT-PS 1 806 858 bekannt
geworden ist. Bei diesem bekannten Brenner ist der Elektrodenhalter als Spannzange
ausgebildet, welche zur Befestigung der Elektrode dienen soll. Gleichzeitig soll
durch eine entsprechende Befestigung des Spannzangengehäuses innerhalb des Brenners
eine exakte Zentrierung der Elektrodenspitze gegenüber einer, in einem Düsenkörper
vorgesehenen Austrittsöffnung erreicht werden. Von Nachteil bei diesem System ist
Jedoch, daß auf Grund der stets vorhandenen Herstellungstoleranz der einzelnen Bauteile
eine genaue Zentrierung der Elektrodenspitze bzw. der Mittelachse der Elektrode
gegenüber der Mittelachse der Austrittsöffnung nur schwer zu erreichen ist.
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Diie in den meisten Fällen sich ergebende Abweichung der Elektrodenmitte,
von der Mitte der Düse bewirken, daß die erzielten Schweiß- und Schneidergebnisse
ungünstige Werte aufweisen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Plasmalichtbogenbrenner
zu schaffen, der die oben genannten Nachteile nicht aufweist und bei dem stets eine
optimale Zentrierung der Elektrode gegenüber der Austrittsöffnung gewährleistet
ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein
Plasmalichtbogenbrenner vorgeschlagen, bei dem der Elektrodenhaiter und der Düsenkörper
als eine austauschbare Baueinheit ausgebildet sind Durch die Erfindung wird es vorteilhaft
möglich, bereits während der Herstellung der Baueinheit die Elektrode und die Düsenbohrung
gegeneinander optimal auszurichten, so daß eine stets gleichbleibende Zentrierung
gewährleistet ist. Die Zentrierung der Elektrodenspitze gegenüber der Düsenbohrung
wird somit bereits bei der Fertigung des Bauteiles vorgenommen und nicht wie bisher
nach bzw.
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während der Montage eines Plasmalichtbogenbrenners.
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Von weiterem Vorteil ist, daß bei eventuell auftretenden AbnutzIrngen
von Elektrode bzw. Düsenaustrittsöffnung durch einfaches Austauschen der Baueinheit
kleine Umrüstzeiten erreichbar sind.
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hinzu kommt, daß Fertigungsungenauigkeiten des Plasmabrenners insbesondere
der übrigen Plasmabrennerteile wie Anschlußhalter, Isolierstück sowie Brennerkörper
keinen Einfluß auf die Zentrierung der Elektrode gegenüber der Dtlsenaustrittsöffnung
ausüben. Somit wird durcb die Erfindung ein wesentlich einfacherer Aufbau des gesamten
Plasmabrenners und auch eine kostengünstigere Herstellunges
sind
keine hochwertigen Paßtoleranzen erforderlichmöglich geworden.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß
der Düsenkörper eine Aufnahmebohrung aufweist, in welche ein Isolierring eingepreßt
ist und daß ferner in eine Innenbohrung des Isolierringes der Elektrodenhalter eingedrückt
ist, so daß eine formschlüssige Verbindung zwischen DUsenkörper, Isolierring und
Elektrodenhalter entsteht. Durch die Anordnung des Isolierringes zwischen dem Elektrodenhalter
und dem Düsenkörper wird vorteilhaft erreicht, daß einerseits in einfachster Art
und Weise zwischen diesen beiden Teilen ein Gasraum für das Plasmagas gebildet werden
kann und darüber hinaus der stromführende Elektrodenhalter elektrisch gegenüber
dem DUsenkörper isoliert ist. Der Düsenkörper wird somit nicht vom Schweißstrom
durchflossen, was im Hinblick auf die Betriebssicherheit und Standzeit der Austrittsöffnung
des Plasmabrenners von wesentlicher Bedeutung ist.
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Eine besonders einfache Fertigung dieser drei genannten Teile ergibt
sich dadurch, daß die Mittelachsen der Aufnahmebohrung, der Innenbohrung, der Elektrode
sowie der Austrittsöffnung im Düsenkörper in einer gemeinsamen Symmetrieachse liegen.
Damit wird es möglich, die genannten Teile sowie die entsprechenden oeffnungen in
einfachster Art und Weise auf einer Drehmaschine oder einer entsprechenden Bearbeitungsmaschine
durchzurtthren, Zur Verbesserung der Standzeit der auswecnselbaren Baueinheit wird
vorgeschlagen, daß der Elektrodenhalter zur Innenkühlung und der Düsenkörper zur
Außenkilhlung mit einer inneren und einer äußeren KUhlmittelzufuhrung in Verbindung
steht.
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Dabei ergibt sich eine ganz besonders einfache Ausbildung, wenn das
Ende der inneren Kühlmittelzuführung abgerundet ausgebildet ist und mit der Abrundung
an einer Kegelfläche einer im Elektrodenhalter vorgesehenen Bohrung anliegt. Betreffend
der Abdichtung der äußeren XUhlmittelzuführung wird vorgeschlagen, daß das Ende
der äußeren Kühlmittelzuführung als Kegelöffnung ausgebildet ist, deren Kegelfläche
an einem abgerundeten Außenmantel des Düsenkörpers anliegt. Durch die vorgeschlagenen
erfindungsgemäßen Abdichtungen, wird erreicht, daß ohne zusätzliche Dichtmittel
wie O-Ringe oder dergleichen eine optimale Dichtheit gewährleistet ist.
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Dies ist insbesondere auf die beiden zusammenwirkenden metallischen
Abdichtungen zurUckzu£Uhren, welche durch die genannten Kegel/Abrundungs-Ausbildung
gebildet werden.
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In der nachfolgenden Beschreibung wird die Erfindung anhand eines
Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung sowie unter Hinweis auf
weitere vorteilhafte Merkmale näher erläutert.
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In der Zeichnung ist der Plasmalichtbogenbrenner in seiner Gesamtheit
mit 10 bezeichnet. Der Brenner 10 weist einen Eletrodenhalter.ll aus Kupfer, eine
in diesem befestigte Elektrode 12 und einen Düsenkörper 13 aus Kupfer auf, in welchem
eine Austrittsöffnung 14 für den Plasmastrahl vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist
der Elektrodenhalter 11 und der Düsenkörper 13 als eine austauschbare Baueinheit
ausgebildet. Dazu weist gemäß dem Ausführungsbeispiel der Düsenkörper 13 eine Aufnahmebohrung
15 auf, in welcher ein Isolierring 16 aus hitzebeständigem Kunststoff oder aus Keramik
eingepreßt (Preßsitz) ist. Ferner ist in einer abgestuften Innenbohrung 17 des Isolierringes
16 der Elektiodenhalter 11 eingedrückt.
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Somit entsteht zwischen dem Düsenkörper 13, dem Isolierring 16 und
dem Elektrodenhalter 11 eine formschlüssige Verbindung und damit die genannte erfindungsgemäße
Baueinheit. Wie aus der Zeichnung ferner hervorgeht, liegen die Mittelachsen der
Aufnahmebohrung 15, der Innenbohrung 17, der Elektrode 12, sowie der Austrittsöffnung
14 in einer gemeinsamen Symmetrieachse 18.
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Dadurch ist eine einfache Herstellung der gesamten Baueinheit gewährleistet
und zum anderen eine optimale Zentrierung der Elektrodenmitte zur Aufnahmebohrungsmitte
erzielbar. Hierzu wird in vorteilhafter Ausbildung der Erfindung vorgeschlagen,
daß die Aufnahmebohrung für die Elektrode 12 und die Austrittsöffnung 14 erst nach
dem Einpressen bzw. Eindrücken von dem Elektrodenhalter 11 und dem Isolierring 16
in den Düsenkörper 13 vorgenommen wird. Damit ist stets gewährleistet, daß diese
beiden Bohrungen in einer Flucht liegen und auch die später in die Bohrung 19 eingesetzte
stiftartige Elektrode 12 aus Zirkonium oder aus Wolfram mit einem Zusatz aus Thoriumoxid
mit ihrer Mittelachse genau in Flucht mit der Mittelachse der Austrittsöffnung 14
liegt. Nach dem Einsetzen der Elektrode t2 werden die Elektrodenenden 12a und 12b
wasserdicht vernietet. Im Isolierring i6 sind Plasmagaskanäle 20 vorgesehen, deren
Austrittsöffnungen 21 in einen zwischen Elektrodenhalter 11 und Düsenkörper 13 liegenden
kegelförmigen Raum 22 gerichtet sind. Der Raum 22 wird durch die Außenkontur des
Elektrodenhalters 11 und die Innenkontur des Düsenkörpers 13 gebildet und geht im
Austrittsbereich des Düsenkörpers 13 in die Austrittsöffnung 14 Uber.Im Hinblick
auf die Schneidergebnisse ist es besonders günstig, daß ein Gaswirbel in diesem
Kegelraum 22 erzeugt wird, wozu die genannten Austrittsöffnungen 21 der Plasmagaskanäle
20 gegen die Symmetrieachse 18 bzw. tangential zur Symmetrieachse 18 gerichtet sind.
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Zur Erhöhung der Standzeit der auswechselbaren Baueinheit steht sowohl
der Elektrodenhalter 11 zur Innenkühlung des Halters und insbesondere der Elektrode
12 mit einer inneren Kühlmittelzuführung 23 und der Düsenkörper 13 zur AußenkWhlung
mit einer äuBeren K2hlmittelzuftAhrung 24 in Verbindung. Dabei besteht die innere
KEhlmittelzuführung 23 aus einem Doppelrohrsystem, welches die Rohre 25 und 26 aufweist.
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Dabei sind die Rohre 25 und 26 an ihrem dem Elektrodenhalter 11 zugewandten
Ende offen, so daß wie nachstehend noch näher beschrieben, ein Kühlmittelgegenstromprinzip
entsteht. Das Ende des äußeren Rohres 26 ist abgerundet ausgebildet und liegt mit
dieser Abrundung 27 an einer Kegelfläche 28 einer im Elektrodenhalter vorgesehenen
Bohrung 29 an.
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Die äußere KUhlmittelzufiErung 24 wird im wesentlichen durch ein,
den Düsenkörper umfassende Überwurfkappe 30 gebildet. Dabei weist die Kappe 30 eine
Kegelöffnung 31 auf, deren Kegelfläche 32 an einer abgerundeten Außenmantelfläche
33 des Düsenkörpers 13 anliegt. Die Überwurfkappe 30, welche fieber ein Gewinde
34 an einem Brennerkörper 35 verdrehbar befestigt ist, dient zur Befestigung der
erfindungsgemäßen Baueinheit am Brennerkörper und gleichzeitig zur Abdichtung der
Kühlmittelzuführungen gegenüber der Atmosphäre. Hierzu sind noch zwischen Brennerkörper
35 und Kappe 30 O-Ringe 36 vorgesehen. Der Brennerkörper 35, welcher Kühimittelkanäle
37 und 38 zur KEhlmittelzufUhr=g bzw.
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Ableitung aufweist, steht über ein Isolierstück 39, in dem entsprechende
Kanäle 40, 41 angeordnet sind, mit einem Anschlußhalter 42 in Verbindung. Der Anschlußhalter
42 stützt sich an einer Bundfläche 43, welche in einem den Anschlußhalter 42, das
Isolierstück 39 sowie den Brennerkörper 35 teilweise umfassenden Kwnststoffrohrkörper
44 vorgesehen ist, ab. Dabei dient zur Befestigung dieser genannten Teile gegeneinander
und gegenüber dem
Kunststoffrohrkörper 44 ein in diesen eingeklebter
Gewindering 45 mit zugehöriger Spannmutter 46. Durch Anziehen der Spannmutter 46
und damit verbundenem Anpressen der Mutter an die Bundfläche 57 wird der Brennerkörper
35 gegen das Isolierstück 39 und den Anschlußhalter 42 sowie die Bundfläche 43 gepresst.
Zur Fixierung des Brennerkörpers gegenüber dem Isolierstück sowie gegenüber dem
Anschlußhalter sind am Isolierstück Zentrierflächen 47 vorgesehen.
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Im Anschlußhalter 42 sind neben dem Gaszuführungsrohr 48 Wasserzulauf
(49) - und Wasserablaufanschlüsse 50 vorgesehen. Ferner ist im Anschlußhalter 42
das Doppelrohrsystem 25, 26 befestigt, welches zur Zuführung des Kühlmittels zum
Elektrodenhalter 12 dient. Auf dem Außenmantel des Rohres 26 dieses Systemes ist
hierbei ferner das Isolierstück 39 sowie ein Gasführungsstück 51 aus gasdurchlässigen
vorzugsweise keramischen Material gehalten. Das GaszuführungsstUck 51 selbst ist
in einer abgestuften Mittelbohrung des Brennerkörpers 35 fixiert.
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Während des Betriebes strömt Plasmagas ausgehend von der Gas zuführung
48 über nicht dargestellte Kanäle in den über dem Gaszuführungsstück 51 befindlichen
Raum 52, von dort über das Gaszuführungsstück 51 in den Raum 53 und von diesem über
die Gasführungskanäle 20 und den Kegelraum 22 zur Plasmagasustrittsöffnung 14 gegen
das zu bearbeitende Werkstück. Das Kühlmittel strömt über den Zulauf 49 und das
Rohr 25 in den, der Austrjttsöffnung 14 entgegengesetzten Bereich (12a) der Elektrode
12, wird dort umgelenkt und über Öffnungen 54 entgegen der Flußrichtung im Rohr
25 in den Anschlußhalter 42 zurückgeführt. Dort strömt das Kühlmittel über Kanäle
55 sowie die Kanäle 40 und 37 in den Ringraum 56, welcher durch den Düsenkörper
13 und die Überwurf kappe 30 gebildet wird, und von diesem über die Kanäle 38 und
41 zum Kühlwasserablauf 50.
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Durch die metallische Dichtung zwischen der Kappe 30 und der abgerundeten
Fläche 3 am Düsenkörper sowie die O-Ringe 36 und 58 wird ein Austreten des Kühlwassers
in die Atmosphäre bzw. in den Gasraum 53 vermieden.
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Ferner dient die metallische Dichtung zwischen dem Rohr 26 und dem
Elektrodenhalter 13 zur Vermeidung von Wassereintritt in den Gasraum 53.
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Zum Auswechseln der erfindungsgemäßen Baueinheit ist nach erfolgtem
Abstellen des Kühlwassers sowie der Gaszufuhr und der elektrischen Energie, welche
über den Anschlußhalter 42, das Rohr 26 und den Elektrodenhalter zur Elektrode 12
zugeführt wird (der andere Pol ist das werkstück oder der DUsenkörper 13), lediglich
ein Abschrauben der Düsenkappe 30 erforderlich. Nach Austausch der auswechselbaren
Baueinheit gegen eine neue wird diese neue Baueinheit mit der Kegelfläche 28 gegen
die Abrundung 27 am Rohr 26 angesetzt, danach die Kappe 30 über Düsenkörper und
Brennerkörper geschoben und am Brennerkörper mittels des Gewindes 34 festgespannt.
Dabei erfolgt beim Anziehen der Sberwurfkappe 30 ein Anpressen der Kegelfläche 32
an die Mantelfläche 33 und gleichzeitig ein Anpressen der Kegelfläche 28 an der
Abrundung 27, so daß eine optimale Abdichtung gewährleistet ist.
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Beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind alle Bauteile aus
entsprechenden zylindrischen Grundkörpern gefertigt und weisen einen Kreisquerschnitt
auf. Dies ist im Hinblick auf eine kostensparende Fertigung vorteilhaft.