DE2609178A1

DE2609178A1 - Plasmabrenner

Info

Publication number: DE2609178A1
Application number: DE19762609178
Authority: DE
Inventors: Thomas Joseph Fox; John Ernest Harry
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1975-03-05
Filing date: 1976-03-05
Publication date: 1976-09-16
Also published as: BE839277A; US4013866A; DE7606728U1; FR2302813A1; GB1543164A; JPS51111446A

Description

Dipl.-lng. H. MITSCHERLICH D-8 MÜNCHEN 22

Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN StelnsdorfstraBe 10

Dr. r.r. not. W. KÖRBER * ^{(M9) >296β84} Dipl.-lng. J. SCHMIDT-EVERS

Patentanwälte 5. März 1976

NATIONAL RESEARCH DEVELOPMENT CORPORATION 66-74 Victoria Street

London SWI / England

Patentanmeldung

Plasmabrenner

Die Erfindung betrifft Plasmabrenner. Ein Plasmabrenner besitzt gewöhnlich einen Hohlraum, durch welchen ein Gasstrom so geleitet werden kann, daß er durch eine leitende Düse austritt, und mindestens eine Elektrode mit einem aktiven Teil, der innerhalb des Hohlraums so angeordnet ist, daß ein elektrischer Lichtbogen zwischen diesem und der Düse gezündet werden kann. Gewöhnlich wird ein Plasmabrenner von einer Gleichstromquelle aus betrieben, die so geschaltet ist, daß diese mit Bezug auf die Innenelektrode bzw. -elektroden positiv ist, und normalerweise eine Einrichtung zur Kühlung der Düse und der Innenelektrode bzw. -elektroden. Bei einem Arbeitsmodus (ohne übertragung des Lichtbogens auf das Werkstück) wird das durch den Brenner geleitete Gas durch den Lichtbogen erhitzt und tritt aus der Düse als

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Strahl von hoher Geschwindigkeit und hoher Temperatur aus. Bei einem anderen Arbeitsmodus (mit übertragung des Lichtbogens auf das Werkstück) wird anfänglich ein Zündlichtbogen innerhalb des Brenners gezündet und nachfolgend von der Düse auf ein leitendes Werkstück übertragen, das nahe der Düse angeordnet ist und mit der Stromversorgung über einen Weg niedrigeren Widerstandes als der der Düse zugeordnete verbunden. Der Modus ohne Übertragung wird gewöhnlich zum Spritzen von Oberflächen mit feuerfesten Materialien angewendet, während der Modus mit Übertragung gewöhnlich zum Schneiden und Schweissen leitender Materialien angewendet wird.

Bei den herkömmlichen Plasmabrennern werden Düsen mit Austrittsöffnungen in Kreisform verwendet, deren Durchmesser nicht mehr als einige Millimeter beträgt. Dies bedingt natürlich eine Beschränkung der Geschwindigkeit, mit welcher ein gegebener Flächeninhalt eines Werkstückes bei der Verwendung eines einzigen Plasmabrenners behandelt werden kann, und es wurden deshalb bereits verschiedene Vorschläge für die Ausbildung eines Plasmabrenners gemacht, die eine Plasmaflamme von länglichem Querschnitt ergibt. Keiner dieser Vorschläge ist jedoch völlig zufriedenstellend hinsichtlich Faktoren, wie Wirkungsgrad des Wärmeübergangs auf ein Werkstück, Stabilität der Arbeitsweise und Arbeitskapazität sowohl mit als auch ohne übertragung des Lichtbogens auf das Werkstück.

Gegenstand der Erfindung ist ein Plasmabrenner, dessen Düse eine längliche Austrittsöffnung hat, in Kombination mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes, das q uer zur Breite der öffnung gerichtet ist und sich längs der Öffnung über eine Entfernung erstreckt, die viel grosser als die Breite der öffnung ist, welcher Brenner mindestens

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eine Innenelektrode besitzt, deren aktiver Teil so angeordnet ist, daß, wenn ein Lichtbogen zwischen diesem und der Düse gezündet wird, die Ablenkung des Lichtbogens durch das Magnetfeld zur Folge hat, daß der Lichtbogenfußpunkt an der Düse sich längs der öffnung ohne wesentliche Bewegung des anderen Fußpunktes bewegt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert und zwar zeigen:

Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung;

Fig. 2 eine teilweise Endansicht (teilweise weggeschnitten, um die inneren Einzelheiten zu zeigen) der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung, gesehen in der Richtung des Pfeils II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht eines Teils der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung im Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 in etwas schematischer Darstellung einer Seitenansicht, (teilweise im Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 5) eines Teils einer zweiten Ausfuhrungsform einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung und

Fig. 5 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 4.

Bei der in Fig. 1 bis 3 dargestellten Vorrichtung ist ein Plasmabrenner (der allgemein mit 1 bezeichnet ist) in Kombi-

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nation mit einem Elektromagneten vorgesehen, der eine Spule

2 besitzt, die um ein Glied eines rechteckigen Kerns 3

aus ferroKiagnetischem Material gewickelt ist, welcher Kern

3 aus Lamellenblechen 4 (siehe Fig. 2 und 3) besteht, die bis zu einer Tiefe von 8 mm gestapelt sind. Wie sich aus Fig. 2 ergibt, ist dasjenige Glied des Kerns 3, das dem die Spule 2 tragenden entgegengesetzt ist, mit einem mittigen Luftspalt versehen, der in der waagrechten Richtung gleichmässig ist, dessen Breite sich jedoch in der vertikalen Richtung so verjüngt, daß die magnetische Flußdichte im Spalt an der Unterseite des Spalts am größten ist. Die Enden der Lamellenbleche 4 auf jeder Seite des Luftspalts erstrecken sich in Schlitze 5 und 6, die in zwei identischen Kupferblöcken 7 und 8 ausgebildet sind, welche zusammen die Düse des Brenners 1 bilden, wobei die Blöcke und 8 in einem Messinggehäuse 9 mittels Bolzen 10 und 11 gehalten werden, die hohl geformt sind (in der Zeichnung nicht sichtbar) und durch welche Kühlwasser in Kanälen in Umlauf gehalten werden können. Die Blöcke 7 und 8 haben zweckmässig eine Länge (in der Richtung des Pfeils II in Fig. 1) von etwa 5 cm. Die Düse weist eine längliche öffnung 13 auf, die zwischen den unteren Enden der Blöcke 7 und angeordnet ist und die die Form eines rechteckigen Schlitzes hat, von dem die Mitte seiner Tiefe sich mit dem engsten Teil des Luftspaltes im Kern 3 in Ausfluchtung befindet. Obwohl sich in manchen Fällen die.öffnung 13 über die ganze Länge der Blöcke 7 und 8 erstrecken kann, wie nachfolgend dargelegt wird, kann es vorzuziehen sein, die öffnung 13 auf einen Mittelteil (etwas weniger als die Hälfte) der Länge der Blöcke 7 und 8 zu beschränken. In jedem Falle kann die öffnung 13 zweckmässig eine Breite im Bereich von einem halben bis vier Millimeter und eine Tiefe von etwa fünf Millimeter haben.

Der Brenner 1 besitzt ferner eine Innenelektrode 14 in Form eines Wolframstabes mit einem Durchmesser von 3 mm, welcher

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Stab so angeordnet ist, daß sich seine Achse vertikal erstreckt und mit Bezug auf die Länge und Breite der Öffnung 13 mittig angeordnet ist. Die Elektrode 14 verjüngt sich an ihrem unteren Ende zu einer Spitze, die einige Millimeter oberhalb der Oberseite der öffnung 13 angeordnet ist. Die Elektrode 14 ist in einem Kopf 15 angeordnet, der am Gehäuse 9 durch ein mit Gewinde versehenes keramisches Kupplungselement 16 befestigt ist, welches in eine Bohrung im Gehäuse 9 eingeschraubt ist. Die Einzelheiten des Kopfes 15 sind in den Zeichnungen nicht gezeigt, da diese alle von herkömmlicher Art sind, welcher Kopf 15 eine Halterung für das obere Ende der Elektrode 14, eine Einrichtung zum Kühlen dieser Halterung durch umlaufendes Wasser und einen Einlaß aufweist, durch welchen ein Gasstrom so eingeleitet werden kann, daß er durch eine mittige öffnung 17 im Teil 16 hindurch und in das Innere des Hohlraums eintritt, der durch die Blöcke 7 und 8 und durch das Gehäuse 9 gebildet wird. Die Innenflächen der Blöcke 7 und 8 sind mit einer sanften Verjüngung (wie in Fig. 2 gezeigt) ausgebildet, um eine glatte Strömung des Gases zur Austrittsöffnung 13 zu begünstigen .

Der Brenner 1 wird in herkömmlicher Weise von einer Gleichstromquelle aus betrieben (zweckmässig mit einer Nenn-Leerlaufspannung von 480 Volt), wobei die Elektrode 14 als Kathode geschaltet ist und die Düse als Anode. Ein Strom eines geeigneten Gases (das in vielen Anwendungsfällen Argon sein kann) wird durch den Brenner 1 geleitet, wobei geeignete Strömungsgeschwindigkeiten für Argon im Bereich von 30 bis 90 Liter je Minute liegen, wenn die Elektroden in der vorangehend beschriebenen Weise bemessen sind. Wie in Fig. 2 dargestellt, wird beim nicht übertragenen Betrieb ein Lichtbogen (der bei 18 schematisch dargestellt ist) zwischen der Elektrode 14 und der Düse gezündet und ist die Oberfläche eines Werkstücks (das mit 19 bezeichnet ist) so angeordnet, daß der

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aus der öffnung 13 austretende Plasmastrahl diese beaufschlagt. Wie in Fig. 3 dargestellt, wird beim übertragenen Betrieb ein Lichtbogen (der bei 20 schematisch dargestellt ist) zwischen der Elektrode 14 und einem leitenden Werkstück 21 gezündet, nachdem ein Zündlichtbogen zwischen der Elektrode 14 und der Düse gezündet worden ist. In beiden Fällen kann die Werkstückoberfläche zweckmässig zwischen 5 und 20 mm von der Düse angeordnet werden. Hierbei ist zu erwähnen, daß es für den Betrieb im übertragenen Modus des Lichtbogens, um eine zuverlässige Übertragung des Lichtbogens zu erzielen, ohne daß die Notwendigkeit für einen sehr engen Arbeitsabstand zwischen der Düse und dem Werkstück besteht, wünschenswert sein kann, die Länge der öffnung 13 auf einen Wert zu begrenzen, der nicht viel über zwei Zentimeter hinausgeht. Wie in Fig. 3 dargestellt, läßt sich dies leicht durch das Einsetzen von Kupfergliedern 22 und 23 zwischen den Blöcken 7 und 8 erreichen.

Ein sinusförmiger Wechselstrom, gewöhnlich mit einer Frequenz im Bereich von 50 bis lOOO Hz wird durch die Spule 2 geleitet, so daß ein magnetisches Wechselfeld über die Breite der öffnung 13 gerichtet wird, das sich über die volle Länge der öffnung 13 erstreckt. Um ein zuverlässiges Einleiten des Betriebs der Vorrichtung sicherzustellen, ist es wünschenswert, daß der Lichtbogen zwischen der Elektrode 14 und der Düse gezündet wird, bevor der Strom zur Spule 2 eingeschaltet wird. Sowohl bei dem Arbeitemodus mit übertragung des Lichtbogens als auch ohne übertragung des Lichtbogens auf das Werkstück tritt das Magnetfeld mit dem Lichtbogen in Wechselwirkung, so daß auf den Lichtbogen eine Kraft ausgeübt wird, die parallel zur Länge der öffnung 13 gerichtet ist, wobei der Sinn und die Größe dieser Kraft in jedem Augenblick von dem Sinn und der Größe der magnetischen Flußdichte abhängt. Die Größe der Kraft hängt natürlich auch von dem Lichtbogenstrom ab. Dies hat zur Folge, daß der Anodenfußpunkt des Lichtbogens

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mit der Frequenz des Feldes in einer Richtung hin- und herschwenkt, die zur Länge der öffnung 13 parallel ist, während der Kathodenfußpunkt im wesentlichen stationär bleibt. Die durch die Vorrichtung erzeugte Heizwirkung ist daher über einen Betrag der Länge der öffnung 13 verteilt, die von der Amplitude der Schwingung des Anodenfußpunktes des Lichtbogens abhängt. Eine praktische Beschränkung dieses Betrages wird durch das Verhalten des Lichtbogens an den Enden der Schwingung auferlegt. Bei Verwendung eines Lichtbogenstroms von 150 Ampere, einer Schwingungsfrequenz von 50 Hz und einem Spitzenwert der magnetischen Flußdichte von 0,06 Weber je Quadratmeter hat es sich in der Praxis als möglich erwiesen, beheizte Zonen mit einer Länge von etwa 1,5 cm im Falle des Arbeitsmodus ohne übertragung auf das Werkstück und von etwa 9 cm im Falle des Betriebs mit übertragung des Lichtbogens zu erzeugen.

In den meisten Anwendungsfällen der Vorrichtung ist es natürlich notwendig, daß die beheizte Zone quer zur Oberfläche eines Werkstückes bewegt wird, um eine relative Bewegung zwischen der Vorrichtung und dem Werkstück herbeizuführen. Diese Bewegung kann entweder parallel oder senkrecht zur Länge der öffnung 13 sein, was von der Art der Anwendung abhängt. Im letzteren Falle sind Querbewegungsgeschwindigkeiten von etwa 1 bis 10 mm je Sekunde wahrscheinlich geeignet, wenn mit Schwingungsfrequenzen am unteren Ende des vorstehend angegebenen Bereiches gearbeitet wird. Ferner ist zu beachten, daß je nach der Wahl der Schwingungsfrequenz beim Arbeitsmodus mit übertragung des Lichtbogens auf das Werkstück, in manchen Anwendungsfällen (und insbesondere bei einigen Werkstoffen des Werkstückes) die Gefahr einer örtlichen überhitzung des Werkstückes dadurch auftreten kann, daß der Lichtbogenfußpunkt am Werkstück "hängenbleibt". Diese Gefahr läßt sich normalerweise dadurch vermeiden, daß mit einer Frequenz am oberen Ende des angegebenen Bereiches

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gearbeitet wird, um eine relativ rasche Bewegung des Lichtbogenfußpunktes über die Oberfläche des Werkstückes zu erhalten. Desgleichen ist zu erwähnen, daß es, wenn mit einer niedrigen Frequenz gearbeitet wird, normalerweise zweckmässig ist, den Erregerstrom für den Elektromagneten von einem Netzanschluß zu beziehen, da hierdurch die Kosten der Verwendung einer unabhängigen Wechselstromerzeugerschaltung vermieden wird.

Vorausgesetzt, daß notwendige Maßnahmen getroffen worden sind, die die Gefahr des Hängenbleibens des Fußpunktes des Lichtbogens am Werkstück ausschalten, ist die durch die Vorrichtung erhaltene Heizwirkung über die Länge der beheizten Zone relativ gleichmässig. Dies läßt sich durch die Ergebnisse eines Tests ermitteln, der bei der Arbeitsweise mit übertragung des Lichtbogens auf das Werkstück bei einer Schwingungsfrequenz von 50 Hz mit einer Anlenkung von Spitze zu Spitze des Anodenfußpunktes von 3 cm durchgeführt wird, wobei die Vorrichtung mit Bezug auf das Flußstahl-Werkstück mit einer Geschwindigkeit von 1,2 mm je Sekunde in einer Richtung senkrecht zur Länge der öffnung 13 bewegt wird. In diesem Falle wurde eine Spitzentemperatur von 790° C an einem Punkt im Werkstück gemessen, über welchen sich die Mitte der öffnung 13 bewegt hat, während eine Spitzentemperatur von 755° C an einem entsprechenden Punkt gemessen wurde, der um einen Zentimeter vom Weg des Mittelpunktes der öffnung 13 versetzt war, welche beiden Punkte 2 mm unterhalb der Oberfläche des Werkstückes waren. Es kann angenommen werden, daß, wenn gewünscht, eine gleichmässigere Heizwirkung dadurch erzielt werden kann, daß die Wellenform der Schwingung des Anodenfußpunktes des Lichtbogens entsprechend modifiziert wird. Dies kann geschehen entweder durch die Verwendung einer nicht sinusförmigen Wellenform für das Magnetfeld oder durch eine Veränderung der Breite des Luftspaltes im Kern 3 und damit der magnetischen Flußdichte über die Länge

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der öffnung 13.

Hierbei ist zu erwähnen, daß die vorangehend beschriebene Vorrichtung sich leicht so abändern läßt, daß längere beheizte Zonen erzielt werden können, wenn die Länge der Austrittsöffnung in der Düse vergrössert wird und mehrere ähnliche Innenelektroden in Abständen über die Länge der öffnung vorgesehen werden. Die einzelnen von diesen Elektroden aus gezündeten Lichtbogen schwingen natürlich synchron mit dem Magnetfeld, so daß eine gleichmässige Heizwirkung über eine längere Strecke dadurch erzielt werden kann, daß der Abstand zwischen den Elektroden mit einem Betrag vorgesehen wird, der im wesentlichen gleich der Ablenkung von der Spitze zur Spitze jedes einzelnen Anodenfuß^punktes ist. Für manche Anwendungsfälle kann eine weitere Abänderung vorgesehen werden, bei der es sich um eine Änderung der Form der Austrittsöffnung in der Düse handelt derart, daß ihre Längsachse nicht geradlinig (beispielsweise bogenförmig) ist. Diese Abänderung erfordert natürlich auch eine entsprechende Änderung in der Form der Pole des Elektromagneten. Die vorangehend beschriebenen beiden Arten von Abänderungen können gegebenenfalls in einer einzigen Vorrichtung kombiniert werden, um die Erzeugung eines Plasmastrahls von Ringform zu ermöglichen, die bei Arbeiten wie Hohlbohren Anwendung finden kann.

Im Gegensatz zu der vorangehend beschriebenen Vorrichtung, die auf der Verwendung eines magnetischen Wechselfeldes beruht, damit ein Lichtbogenfußpunkt über eine bestimmte Strecke schwingt, beruht die in Fig. 4 und 5 dargestellte Vorrichtung auf der Verwendung eines statischen Magnetfeldes, um eine kontinuierliche Bewegung eines Lichtbogenfußpunktes in einem einzigen Sinn längs einer endlosen Bahn herbeizuführen. Die Vorrichtung besitzt in diesem Falle einen Plasmabrenner mit

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einer Düse, die durch, ein Kupferrohr 24 und einen Kupferstab 25 gebildet wird, wobei das Rohr 24 (wie in Fig. 5 gezeigt) einen äusseren Querschnitt teils in Form eines grösseren Kreisbogens und teils in Form einer Sehne des Kreises hat und der Stab 25 einen Querschnitt hat, der dem äusseren Querschnitt des Rohres 24 identisch ist. Das Rohr 24 und der Stab 25 werden durch eine Halterung 26 in genauer Ausfluchtung und mit ihren Enden in engem Abstand so voneinander gehalten, daß sie zwischen sich eine Austritts-Öffnung 27 begrenzen. Der Brenner besitzt ferner eine Innenelektrode 28, die mit der Elektrode 14 identisch und in dem Rohr 24 so angeordnet ist, daß ihre Achse mit Bezug auf den kreisförmigen Teil des Querschnitts mittig angeordnet ist, und so, daß ihr zugespitztes Ende sich mit dem Ende des Rohres 24 in Ausfluchtung befindet. Hierbei ist zu beachten, daß es normalerweise wünschenswert ist, eine Einrichtung zum Kühlen des Rohres 24, des Stabes 25 und der Elektrode 28 im Betrieb zu ermöglichen, welche Einrichtung in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, jedoch vom Fachmann ohne weiteres geeignet gestaltet werden kann.

Die Vorrichtung ist ferner mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes ausgerüstet, das quer zur Breite der öffnung 27 gerichtet ist, welche Einrichtung die Form von zwei Spulen 29 und 30 hat, die in Nuten 31 und 32 von gleichmässiger Tiefe sitzen, welche im Rohr 24 bzw. im Stab 25 ausgebildet sind.

Im Betrieb wird ein Strom eines geeigneten Gases so durch das Rohr 24 geleitet, daß es aus der öffnung 27 austritt und ein Lichtbogen wird zwischen der Elektrode 28 und der Düse gezündet, welch letztere Teile als Kathode bzw. Anode wirken. Durch die Spulen 29 und 30 wird ein Strom von konstanter Größe geleitet, um ein statishes Magnetfeld zu erzeugen, das einen kontinuierlichen Umlauf des Anodenfuß-

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punktes des Lichtbogens um die Achse der Elektrode 28 herum, d.h. über die Länge der öffnung 27, zur Folge hat, wobei der Kathodenfußpunkt im wesentlichen stationär bleibt. Die Winkelgeschwindigkeit der Bewegung des Lichtbogens hängt natürlich von der Größe des Lichtbogenstroms und des durch die Spulen 29 und 30 fliessenden Stroms ab. Wenn nun ein leitendes Werkstück 33 benachbart dem abgeflachten Teil der Düse in der Nähe der öffnung 27 angeordnet und in geeigneter Weise mit der zur Lieferung des Lichtbogenstroms verwendeten Quelle verbunden ist, wird der Lichtbogen von der Düse auf das Werkstück 33 (wie schematisch bei 34 in Fig. 4 angegeben) während desjenigen Teils jedes Umlaufs des Lichtbogens übertragen, der der überquerung des abgeflachten Teils der Düse entspricht. Während des restlichen Teils jedes Umlaufs kehrt der Lichtbogen zur Düse zurück, jedoch kann die Anordnung so getroffen werden, daß der Bruchteil der mittleren Eingangsleistung, der verbraucht wird, während sich der Anodenfußpunkt des Lichtbogens an der Düse befindet, verhältnismässig klein ist, da der Lichtbogenstrom beim Arbeitsmodus ohne übertragung auf das Werkstück kleiner gehalten werden kann als im übertragungsmodus. Hierbei ist zu erwähnen, daß, wenn gewünscht, die Vorrichtung ständig im Modus ohne Lichtbogenübertragung auf das Werkstück betrieben werden kann, jedoch würde dies eine relativ unwirksame Verwendung der Eingangsleistung bedeuten.

Als geeignete Werte für bestimmte der Abmessungen der Vorrichtung nach Fig. 4 und 5 können beispielsweise folgende verwendet werden: 0,5 bis 4 mm für den Abstand zwischen den Enden des Rohres 24 und des Stabes 25 (für die Breite der öffnung 27); etwa 5 mm für die Wandstärke des Rohres 24 (d.h. die Tiefe der öffnung 27); etwa 4 cm für den Durchmesser des kreisförmigen Teils des Aussenquerschnitts des Rohres 24; etwa 3 cm für die Länge des geraden Teils des Aussenquerschnitts des Rohres 24.

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Die in Fig. 4 und 5 dargestellte Vorrichtung läßt sich leicht ohne Beeinflussung des beabsichtigten Arbeitsmodus beispielsweise derart abändern, daß der kreisförmige Teil der Wand des Rohres 24 sich bis zum Ende des Stabes 25 erstreckt, so daß die Austrittsöffnung dann nur in dem abgeflachten Teil der Düse geformt sein würde. Bei einer solchen Anordnung können das Rohr 24 und der Stab 25 natürlich Teile einer monolithischen Kupferkonstruktion bilden, so daß die Halterung 26 weggelassen werden kann.

Ausser den Anwendungsfällen, die denjenigen ähnlich sind, in welchen die herkömmlichen Plasmabrenner verwendet werden, sind die vorangehend beschriebenen Vorrichtungen auch auf den folgenden Gebieten vorteilhaft: Glühen, Warmbearbeitung, Oberflächenbehandlung vor dem Beschichten (unter Anwendung eines Ionenbombardements zum Reinigen der Oberfläche und um eine gute Haftung zu erzielen), Verschmelzen aufgespritzter Oberzüge (z.B. zur Herabsetzung der Porosität), Wärmebehandlung von Schweißverbindungen, kosmetisches Schweissen, Entzundern (z.B. von Rost und Korrosion an Schiffen), Brennputzen in der Stahlindustrie, Aufkohlen (unter Verwendung eines reduzierend wirkenden Gases, wie Methan oder ein anderes kohlenstoffhaltiges Brenngas), und Nitrieren (unter Verwendung von Stickstoff oder eines teilweise verbrannten Brenngases). In manchen Anwendungsfällen kann es wünschenswert sein, eine Vorrichtung zu verwenden, die im Arbeitsmodus mit Lichtbogenübertragung auf das Werkstück und mit einer Polarität betrieben wird, die derjenigen der vorangehend beschriebenen Anordnungen entgegengesetzt ist (d.h. bei als Anode geschalteter Innenelektrode), in welchem Falle für einen zufriedenstellenden Betrieb die Vorrichtung gegenüber den vorangehend beschriebenen Vorrichtungen etwas abgeändert werden muß, beispielsweise daß die Innenelektrode aus Kupfer statt aus Wolfram ist. Eine besondere Verwendung

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für eine solche Vorrichtung mit umgekehrter Polarität ist die Anwendung eines Bombardements eines Werkstücks mit positiven Ionen, das wirksamer sein kann als ein Bombardement mit negativen Ionen, da ein stärkeres elektrisches Feld im Kathodenbereich eines Lichtbogens als im Anodenbereich besteht. Eine weitere Möglichkeit würde die Verwendung von zwei Vorrichtungen sein, die im Lichtbogenübertragungsmodus arbeiten, um eine Stromleitung durch ein Werkstück, beispielsweise durch einen Stahlknüppel, zu ermöglichen, um diesen aufgrund seines eigenen Widerstandes zu erhitzen, wobei die eine Vorrichtung von der vorangehend beschriebenen Art ist, während die andere von umgekehrter Polarität ist.

Ansprüche;

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Claims

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Ansprüche ;

j 1.1Plasmabrenner, dessen Düse eine längliche Austritts-■" "^ öffnung aufweist, gekennzeichnet durch ein Magnetsystem (2, 3 oder 29, 30) zur Erzeugung eines Magnetfeldes, das quer zur Breite der öffnung (13 oder 27) gerichtet ist und sich längs der öffnung (13 oder 27) über einen Betrag erstreckt, der viel grosser als die Breite der Öffnung (13 oder 27) ist, welcher Brenner mindestens eine Innenelektrode (14 oder 28) besitzt, deren aktiver Teil so angeordnet ist, daß, wenn ein Lichtbogen zwischen diesem und der Düse (7, 8 oder 24, 25) gezündet wird, die Ablenkung des Lichtbogens durch das Magnetfeld zur Folge hat, daß der Lichtbogenfußpunkt an der Düse (7, 8 oder 24, 25) sich längs der Öffnung (13 oder 27) ohne wesentliche Bewegung des anderen Lichtbogenfußpunktes bewegt.
2. Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Teil der oder jeder Innenelektrode durch das eine Ende eines Stabes (14 oder 28) gebildet wird, welches Ende sich von der Austrittsöffnung (13 oder 27) um einen Betrag in Abstand befindet, der von der gleichen Größenordnung wie die Breite der Öffnung (13 oder 27) ist.
3. Plasmabrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem ein Elektromagnet (2, 3) ist, dessen Pole sich auf beiden Seiten der Austrittsöffnung (L3)

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befinden.
4. Plasmabrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Pole so geformt sind, daß ein maximaler Wert der magnetischen Flußdichte in dem Bereich der Austrittsöffnung (13) erhalten wird, der sich mittig zwischen der Innenseite und der Aussenseite der Düse (7, 8) befindet.
5. Plasmabrenner nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse der Austrittsöffnung (13) geradlinig ist.
6. Plasmabrenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Austrittsöffnung (13) 5 cm nicht überschreitet und der Brenner eine einzige Innenelektrode (14) besitzt, deren aktiver Teil zu dieser Länge mittig angeordnet ist.
7. Plasmabrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Länge weniger als 2,5 cm beträgt.
8. Plasmabrenner nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Teil der Innenelektrode durch das eine Ende eines Stabes (14) gebildet wird, dessen Achse die Länge und Breite der Austrittsöffnung (13) senkrecht halbiert, welches Ende sich von der öffnung (13) um einen Betrag von der gleichen Grössenordnung

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wie die Breite der Öffnung (13) in Abstand befindet.
9. Plasmabrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Magnetsystem aus zwei Spulen (29, 30) besteht, die auf entgegengesetzten Seiten der Austrittsöffnung (27) angeordnet sind.
10. Plasmabrenner nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (13 oder 27) eine Breite im Bereich von 1 - 4 mm hat.

Der Patentanwalt

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ORIGINAL HvlSPECTED