DE4140785A1

DE4140785A1 - Plasma cutting torch - having nozzle with improved thermal stability and cutting jet geometry

Info

Publication number: DE4140785A1
Application number: DE4140785A
Authority: DE
Inventors: Hans Madsen; Ulrich Reichelt
Original assignee: HANS MADSEN FA
Current assignee: HANS MADSEN FA
Priority date: 1991-12-06
Filing date: 1991-12-06
Publication date: 1992-07-30

Abstract

(A) Improvement in the thermal stability and the cutting jet geometry of a nozzle system for plasma cutting of metal workpieces is achieved by (a) the cooling medium being supplied to the nozzle (11) through a separate line, passed through a cavity between the nozzle (11) and the nozzle cap (9), fed into an outer cathode tube (14) gap through a bore passing through an insulating piece (4) which separates the cathode (15) and nozzle (11), fed through this gap to the cathode cooling face, and then withdrawn into the inner cathode tube gap through the cutting current supply (7) which is in the form of a cooling water withdrawal line; and (b) additional cooling of the cathode (15) and the nozzle (11) being provided by adibatic expansion of the cutting gas in expansion channels (20) on the surface of the cathode (15). (B) A plasma cutting torch, in which the improvement (A) is achieved, is also claimed. ADVANTAGE - Torch service life is improved by optimisation of cooling.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der thermischen Stabilität und der Schneidstrahlgeome trie eines Düsensystems zum Plasmaschneiden von metal lischen Werkstoffen sowie einen entsprechend ausgebil deten Plasmaschneidbrenner.The invention relates to a method for improvement thermal stability and cutting beam geometry of a nozzle system for plasma cutting metal materials and a correspondingly trained plasma cutting torch.

Plasmaschneidbrenner werden zum thermischen Trennen vorwiegend flächiger Elemente insbesondere aus metalli schen Werkstoffen verwendet.Plasma cutting torches are used for thermal cutting predominantly flat elements, in particular made of metal used materials.

Hierbei wird ein Gasstrom in einer Düse durch einen Lichtbogen geführt, hocherhitzt und ionisiert. Die Düse ist dabei in der Regel so ausgebildet, daß sie die Ka thode, von der der Lichtbogen ausgeht, ringförmig um schließt.Here, a gas flow in a nozzle through a Arc guided, highly heated and ionized. The nozzle is usually designed so that the Ka the method from which the arc originates closes.

Vielfach ist die Düse gleichzeitig die Anode oder wird zumindest als Hilfsanode zur Zündung des Plasmabrenners eingesetzt.In many cases, the nozzle is or becomes the anode at least as an auxiliary anode for igniting the plasma torch used.

Im letzteren Fall bildet das zu trennende Werkstück nach dem Kontakt mit dem Zündplasmastrahl die Anode.In the latter case, the workpiece to be cut forms the anode after contact with the ignition plasma jet.

Im Gegensatz zu Autogenschneidbrennern, bei denen die Wärme durch chemische Reaktionen erzeugt wird und bei denen die Reaktionsenergie die erreichbare Energiedich te beschränkt, ist die Energiedichte des Plasmastrahles in erster Linie vom Verhältnis der Stromstärke zum Schneidgasdurchsatz abhängig, und damit in weiten Gren zen variierbar.In contrast to oxyacetylene cutting torches, where the Heat is generated by chemical reactions and at to which the reaction energy is the attainable energy te is limited, the energy density of the plasma beam primarily from the ratio of current to Cutting gas throughput dependent, and thus in large sizes zen variable.

Dadurch, daß praktisch jedes thermisch ionisierbare Gas als Trennmedium eingesetzt werden kann, und durch die Tatsache, daß der Plasmastrahl sich relativ gut bündeln läßt, sind derartige Brenner universell einsetzbar. The fact that virtually any thermally ionizable gas can be used as a separation medium, and by The fact that the plasma beam bundle relatively well can, such burners are universally applicable.

Insbesondere durch die mit den in der DE-OS 38 32 630 vorgeschlagenen Mittel erzielte Verwirbelung des Plas mastrahles lassen sich sehr exakte Schnitte auch bei größeren Materialstärken erzielen.In particular through those with those in DE-OS 38 32 630 proposed means achieved turbulence in the plasma mastrays can also be very precise cuts achieve greater material thicknesses.

Die dabei erzielbaren Energiedichten im Bereich der Dü se bewirken jedoch, durch die dabei auftretende thermi sche Belastung von Düse und Kathode, eine unerwünschte Verkürzung der Standzeiten derartiger Brenner.The achievable energy densities in the area of the Dü However, they cause by the thermi cal loading of the nozzle and cathode, an undesirable Shortening the service life of such burners.

Durch die Erfindung sollen deshalb Mittel zur Verbesse rung der Standzeiten insbesondere durch eine Optimie rung der Kühlung bereitgestellt werden.The invention is therefore intended to provide means for improvement service life, in particular through optimization cooling.

Erfindungsgemäß geschieht das durch die im Anspruch 1 formulierte Führung der Kühlflüssigkeit und des Gases, die durch die in den folgenden Ansprüchen beschriebene Anordnungen gewährleistet wird.According to the invention this is done by the in claim 1 formulated management of coolant and gas, that by that described in the following claims Orders are guaranteed.

Funktionswichtige Details sind hierbei die Führung des Kühlmediums durch eine im Isolierkörper vorhandene Boh rung, die bei der Verwendung von gering dissoziiertem Kühlmedien, wie beispielsweise destilliertem Wasser, eine gleichzeitige Kühlung von Düse und Kathode auch für den Fall ermöglicht, daß die Düse auch als Zünda node betrieben wird.Functionally important details are the management of the Cooling medium through a Boh in the insulating body tion that occurs when using slightly dissociated Cooling media, such as distilled water, simultaneous cooling of the nozzle and cathode also in the event that the nozzle also as Zünda node is operated.

Durch das in dem Kathodenrohr angeordnete Kühlwasser rohr wird, wie vielfach praktiziert, eine auf die Ka thode gerichtete Strömung erzielt, deren Kühlwirkung erfindungsgemäß dadurch verbessert wird, daß diese Strömung einen Kühlkörper umströmt, der integraler Be standteil der Kathode ist.Through the cooling water arranged in the cathode tube pipe, as is often practiced, one on the Ka achieved directional flow, its cooling effect is improved according to the invention in that this Flow around a heat sink, the integral loading is part of the cathode.

Dieser Kühlkörper besteht aus vorwiegend radial und längs zur Achse der Kathode angeordneten Kathodenrippen und ist mittels eines auf den Außenflächen der Rippen eingeschnittenen Gewindes in das Kathodenrohr einge schraubt.This heat sink mainly consists of radial and Cathode ribs arranged along the axis of the cathode and is by means of one on the outer surfaces of the ribs incised thread into the cathode tube screws.

Durch fachgemäße Dimensionierung der Kathodenrippen kann damit die Kühlung der Kathode sowohl durch den di rekten Kontakt mit dem Kühlmittel als auch über den durch Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen Kathode und Kathodenrohr besseren Wärmestrom zum ebenfalls ge kühlten Kathodenrohr gesteigert werden.By properly dimensioning the cathode ribs can thus the cooling of the cathode both by the di direct contact with the coolant as well as over the by increasing the contact area between the cathode and cathode tube better heat flow to ge also cooled cathode tube can be increased.

Unter Benutzung der Kathodenrippen kann eine weitere Wärmeabfuhr erzielt werden, wenn das Kühlwasserrohr in eine schlitzförmige Ausnehmung der Kathodenrippen ein gepaßt wird, so daß auch zwischen Kathode und Kühlwas serrohr eine wärmeleitende Verbindung entsteht.Another can be made using the cathode ribs Heat dissipation can be achieved when the cooling water pipe is in a slot-shaped recess of the cathode ribs is fitted so that between the cathode and cooling water a thermally conductive connection.

Ein zweiter Kühleffekt wird an einem erfindungsgemäßen Plasmaschneidbrenner dadurch erzielt, daß das Schneid gas auf der Kathodenoberfläche adiabatisch entspannt wird.A second cooling effect is achieved with an inventive one Plasma cutting torch achieved in that the cutting gas relaxed adiabatically on the cathode surface becomes.

Die dabei auftretende Abkühlung des Gases wird an Ort und Stelle zu Kühlung der Kathodenoberfläche genutzt. Zur exakten Führung des Entspannungsvorganges sind auf der Oberfläche der Kathode Entspannungskanäle eingear beitet.The cooling of the gas that occurs is on site and place used to cool the cathode surface. For exact guidance of the relaxation process are on Relaxation channels are provided on the surface of the cathode works.

Abhängig vom Gasdurchsatz erweist es sich als vorteil haft, wenn die Entspannungskanäle vom Rand der Kathode zur Mitte in ihrem Querschnitt verjüngt werden.Depending on the gas throughput, it proves to be an advantage sticky when the relaxation channels from the edge of the cathode be tapered towards the center in their cross-section.

Die Entspannungskanäle, die unter einem Winkel von 20° bis 50° zum Radius angeordnet werden, erfüllen drei Aufgaben. The relaxation channels that are at an angle of 20 ° up to 50 ° to the radius meet three Tasks.

Durch ihren exakt bestimmbaren Querschnitt läßt sich der Verlauf des Entspannungsprozesses so steuern, daß der Kühleffekt möglichst nahe an die Spitze der Kathode herangeführt wird.Due to their precisely determinable cross-section, control the course of the relaxation process so that the cooling effect as close as possible to the tip of the cathode is introduced.

Die Einarbeitung der Entspannungskanäle in die Ober fläche der Kathode vergrößert deren Oberfläche und verbessert damit den Wärmeübergang zwischen Schneidgas und Kathode.Incorporation of relaxation channels into the upper surface of the cathode increases its surface and improves the heat transfer between cutting gas and cathode.

Durch die Anordnung der Entspannungskanäle unter dem oben genannten Winkel wird das Plasma in eine gleichmä ßige Rotation versetzt, die gegenüber bekannten Verfah ren und Vorrichtungen zum Verwirbeln des Plasmagases eine sauberere Strahlgeometrie und damit exaktere Schnitte ermöglicht.By arranging the relaxation channels under the above angle, the plasma is in a uniform ßige rotation offset compared to known procedural ren and devices for swirling the plasma gas a cleaner jet geometry and therefore more precise Cuts possible.

Insbesondere bei der Ausführung der Entspannungskanäle in einem sägezahnförmigen Querschnitt kann eine gute Laminarität des Gasstromes im Bereich der Entspannungs kanäle erzielt werden, was zur exakten Schnittführung nicht unwesentlich beiträgt.Especially when designing the relaxation channels in a sawtooth cross section can be a good one Laminarity of the gas flow in the relaxation area channels can be achieved, resulting in exact cutting contributes not insignificantly.

Dem Ziel, das Schneidgas in einer möglichst gleichmäßi gen Rotation zuzuführen dienen auch die unter einem Winkel zur Brennerachse angeordneten Schlitze durch die das Schneidgas bereits mit einer leichten Drehbewegung in den oberhalb der Kathode angeordneten Ringspalt ein geleitet wird.The goal is to keep the cutting gas as uniform as possible to feed against rotation also serve under one Angle to the burner axis through the slots the cutting gas with a slight twisting motion into the annular gap arranged above the cathode is directed.

Die spiralförmige Bewegung des Gases im Ringspalt hat jedoch nicht nur die naheliegende Funktion, die Ent wicklung der Plasmarotation zu unterstützen. Ähnlich einer metallischen Feder sind die spiraligen Gasstrukturen besser in der Lage, die aus der dezentra len Gaszuführung resultierenden Strömungsungleichmäßig keiten abzufedern und damit unwirksam zu machen.The spiral movement of the gas in the annular gap has but not just the obvious function, the Ent to support the development of the plasma rotation. The spiral springs are similar to a metallic spring Gas structures better able to get out of the decentra len gas supply resulting flow uneven cushion and thus render it ineffective.

Wie leicht einzusehen ist, kann auch durch die bisher genannten erfindungsgemäßen Medienführungen und die da zu getroffenen Anordnungen die Standzeit der Kathode und Düse nicht unbegrenzt verlängert werden, so daß beide Teile weiterhin als Verschleißteile gefertigt werden müssen.How easy it is to see can also be done by the so far mentioned media guides according to the invention and there the life of the cathode for the arrangements made and nozzle can not be extended indefinitely, so that both parts continue to be manufactured as wearing parts Need to become.

Die, wie oben ersichtlich ist, erforderliche exakte Einhaltung der Abmessungen im Bereich der Düse läßt sich jedoch bei der bisherigen Konstruktion derartiger Plasmaschneidbrenner nicht reproduzierbar einstellen.The exact one, as can be seen above Adherence to the dimensions in the area of the nozzle however, in the previous construction of such Do not set the plasma cutting torch reproducibly.

Deshalb wurde wie in Anspruch 3 beschrieben, zwischen Kathode und Kathodenrohr ein zylindrischen oder leicht konischen Zentrieransatz eingefügt, der mit einer im Kathodenrohr vorhandenen Ausnehmung exakt korrespon diert und dessen Außenmaße einen exakt definierten Be zug zum Verlauf der Entspannungskanäle haben.Therefore, as described in claim 3, between Cathode and cathode tube a cylindrical or light inserted conical centering approach, which with a in Existing recess of the cathode tube corresponds exactly dated and its external dimensions a precisely defined Be have tension to the course of the relaxation channels.

Damit können die beider Fertigung der Gewinde im Katho denrohr und auf den Außenflächen der Kathodenrippen unvermeidbaren Fertigungstoleranzen in der notwendigen Genauigkeit umgangen werden. This enables the two threads in the Katho tube and on the outer surfaces of the cathode ribs inevitable manufacturing tolerances in the necessary Accuracy can be bypassed.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren und ein Plasmaschneid brenner zur Verbesserung der thermischen Stabilität und der Schneidstrahlgeometrie eines Düsensystems zum Plasmaschneiden von metallischen Werkstoffen soll im Folgenden anhand eines in den Fig. 1 und 2 dargestell ten Plasmaschneidbrenners erläutert werden.A method according to the invention and a plasma cutting torch for improving the thermal stability and the cutting jet geometry of a nozzle system for plasma cutting of metallic materials will be explained below with reference to a plasma cutting torch shown in FIGS. 1 and 2.

Dabei zeigtIt shows

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Plasmaschneidbrenner, und Fig. 1 shows a longitudinal section through a plasma cutting torch according to the invention, and

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch die Düse (11) ent sprechend der Markierung A-A der Fig. 1. Fig. 2 is a vertical section through the nozzle ( 11 ) accordingly the marking AA of FIG. 1st

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verbesserung der thermischen Stabilität und der Schneidstrahlgeome trie eines Düsensystems zum Plasmaschneiden von me tallischen Werkstoffen wird das Kühlmedium durch die Kühlwasserzuleitung (6) und eine im Grundkörper (10) vorhandene Bohrung einem Hohlraum zwischen Düse (11) und Düsenkappe (9) zugeführt.In a method according to the invention for improving the thermal stability and the cutting jet geometry of a nozzle system for plasma cutting metallic materials, the cooling medium is passed through the cooling water supply line ( 6 ) and a bore in the base body ( 10 ) into a cavity between the nozzle ( 11 ) and nozzle cap ( 9 ) fed.

Eine, der Übersichtlichkeit halber in Fig. 1 nicht dar gestellte Bohrung verbindet diesen Hohlraum zwischen Düse (11) und Düsenkappe (9) mit dem äußeren durch Ka thodenrohr (14) und Kühlwasserrohr (14) eingeschlossene Lumen des Kathodenrohres (14), wobei sie ein Kathode (15) und Düse (11) trennendes Isolierstück (4) durchquert.A sake of clarity in Fig. 1 does not represent asked bore connects this cavity between the nozzle (11) and the nozzle cap (9) with the outer through Ka Thode pipe (14) and cooling water pipe (14) enclosed lumen of the cathode tube (14), wherein they an insulating piece ( 4 ) separating a cathode ( 15 ) and nozzle ( 11 ).

Dieses äußere Lumen des Kathodenrohres (14) leitet die Flüssigkeit der Kühlfläche der Kathode (15) zu. Von dort wird sie im inneren Lumen des Kathodenrohres (14) durch die als Kühlwasserableitung ausgebildete Schneid stromzuführung (7) abgeführt.This outer lumen of the cathode tube ( 14 ) feeds the liquid to the cooling surface of the cathode ( 15 ). From there it is discharged into the inner lumen of the cathode tube ( 14 ) through the cutting power supply ( 7 ) designed as a cooling water drain.

Eine zusätzliche Kühlung von Kathode (15) und Düse (11) erfolgt dadurch, daß das Schneidgas in Entspannungskanä len (20) adiabatisch entspannt wird, die auf der Ober fläche der Kathode (15) verlaufen.Additional cooling of the cathode ( 15 ) and nozzle ( 11 ) takes place in that the cutting gas is relaxed adiabatically in relaxation channels ( 20 ) which run on the upper surface of the cathode ( 15 ).

Als Voraussetzung für eine gleichzeitige Kühlung von Düse (11) und Kathode (15) auch für den Fall, daß die Düse (11) auch als Zündanode betrieben wird, ist die in der Fig. 2 nicht dargestellte Verbindung zwischen den vom Kühlmittel durchflossenen Hohlräumen der Düse (11) und der Kathode (15). Um einen Überschlag des Zündstromes zu vermeiden, wird diese über eine Strecke von mindestens 10 mm durch das Isolierstück (4) geführt. Weiterhin empfiehlt sich die Verwendung von gering dis soziierten Kühlmedien, wie beispielsweise destilliertem Wasser.As a prerequisite for simultaneous cooling of the nozzle ( 11 ) and cathode ( 15 ) even in the event that the nozzle ( 11 ) is also operated as an ignition anode, the connection between the cavities through which the coolant flows is not shown in FIG Nozzle ( 11 ) and the cathode ( 15 ). In order to prevent the ignition current from flashing over, it is led through the insulating piece ( 4 ) over a distance of at least 10 mm. It is also advisable to use low-level cooling media, such as distilled water.

Durch das in dem Kathodenrohr (14) angeordnete Kühlwas serrohr (14) wird, eine auf die Kathode (15) gerichtete Strömung erzielt, deren Kühlwirkung erfindungsgemäß da durch verbessert wird, daß diese einen Kühlkörper um strömt, der integraler Bestandteil der Kathode (15) ist.By arranged in the cathode tube (14) Kühlwas serrohr (14) is achieved directed to the cathode (15) flow, the cooling effect according to the invention as by improved is that these by flowing a cooling body, the integral part of the cathode (15) is.

Dieser Kühlkörper besteht aus vorwiegend radial und längs zur Achse der Kathode (15) angeordneten Kathoden rippen (21) und ist mittels eines auf den Außenflächen der Rippen vorhandenen Gewindes in das Kathodenrohr (14) eingeschraubt. Der horizontale Querschnitt des Kühlkörpers hat die Form eines in die lichte Weite des Kathodenrohres (14) eingeschriebenen Kreuzes dessen Balken eine Breite ha ben, die 20% des Durchmessers der lichten Weite des Ka thodenrohres (14) ausmacht.This heat sink consists mainly of radially and along the axis of the cathode ( 15 ) arranged cathode ribs ( 21 ) and is screwed into the cathode tube ( 14 ) by means of a thread on the outer surfaces of the ribs. The horizontal cross section of the cooling body is in the form of an inscribed in the inside width of the cathode tube (14) whose cross beams ben a width ha, the Ka Thode tube constitutes the 20% of the diameter of the clear width (14).

Dadurch kann damit die Kühlung der Kathode (15) sowohl durch den direkten Kontakt mit dem Kühlmittel als auch über den durch Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen Kathode (15) und Kathodenrohr (14) besseren Wärmestrom zum ebenfalls gekühlten Kathodenrohr (14) geschehen.This allows thus also be done both by the direct contact with the coolant than the better by increasing the contact area between the cathode (15) and the cathode tube (14) heat flow to the likewise-cooled cathode tube (14) the cooling of the cathode (15).

Die dabei auftretende Abkühlung des Gases wird an Ort und Stelle zu Kühlung der Kathodenoberfläche genutzt. Zur exakten Führung des Entspannungsvorganges sind auf der Oberfläche der Kathode (15) Entspannungskanäle ein gearbeitet.The cooling of the gas that occurs is used on the spot to cool the cathode surface. For exact guidance of the relaxation process, relaxation channels are worked on the surface of the cathode ( 15 ).

Bei Strömungsgeschwindigkeiten des Schneidgases in den Entspannungskanälen (20), bis ca. 80, der Schallge schwindigkeit, werden die Entspannungskanäle (20) vom Rand der Kathode (15) zur Mitte in ihrem Querschnitt verjüngt ausgeführt.At flow rates of the cutting gas in the expansion channels ( 20 ), up to about 80, the speed of sound, the expansion channels ( 20 ) from the edge of the cathode ( 15 ) to the center are tapered in their cross section.

Bei höheren Geschwindigkeiten erweist sich eine Ausfüh rung mit konstanter Querschnittsfläche als wirkungsvol ler.At higher speeds, an execution proves tion with a constant cross-sectional area as effective ler.

Die in Fig. 2 als fünfter Ring von außen, sägezahnför mig dargestellten Entspannungskanäle (20) werden unter einem Winkel von 35° zum Radius angeordnet.The relaxation channels ( 20 ) shown in FIG. 2 as the fifth ring from the outside, sägezahnför shaped, are arranged at an angle of 35 ° to the radius.

Bei der Ausführung der Entspannungskanäle (20) in einem sägezahnförmigen Querschnitt erfüllt die hintere, kurze Seite des dreieckigen Querschnitts die Funktion der exakten laminaren Führung des Gasstromes, während die lange Seite des dreieckigen Querschnitts im Bereich der Entspannungskanäle (20) hauptsächlich der Wärme übertragung dient.When the relaxation channels ( 20 ) are designed in a sawtooth cross-section, the rear, short side of the triangular cross-section fulfills the function of the exact laminar guidance of the gas flow, while the long side of the triangular cross-section in the area of the relaxation channels ( 20 ) mainly serves for heat transfer.

Dem Ziel, das Schneidgas in einer möglichst gleichmäßi gen Rotation zuzuführen, dienen auch die unter einem Winkel von 20° zur Brennerachse angeordneten Schlitze (18) durch die das Schneidgas bereits mit einer leich ten Drehbewegung in den Ringspalt (19) eingeleitet wird.The aim of supplying the cutting gas in a rotation which is as uniform as possible also serves the slots ( 18 ) arranged at an angle of 20 ° to the burner axis through which the cutting gas is already introduced into the annular gap ( 19 ) with a slight rotary movement.

Zwischen Kathode (15) und Kathodenrohr (14) ist ein ko nischen Zentrieransatz (22) eingefügt, der mit einer im Kathodenrohr (14) vorhandenen Ausnehmung exakt korre spondiert und dessen Außenmaße einen exakt definierten Bezug zum Verlauf der Entspannungskanäle (20) haben. Damit können die beider Fertigung der Gewinde im Katho denrohr (14) und auf den Außenflächen der Kathodenrip pen (21) unvermeidbaren Fertigungstoleranzen in der notwendigen Genauigkeit umgangen werden. Die Konuspas sung bildet außerdem eine Dichtung, die das Eindringen der Kühlflüssigkeit in den Düsenraum verhindert.Between the cathode ( 15 ) and the cathode tube ( 14 ), a ko African centering approach ( 22 ) is inserted, which corresponds exactly with a recess in the cathode tube ( 14 ) and whose external dimensions have a precisely defined relationship to the course of the relaxation channels ( 20 ). Thus, the two manufacturing of the thread in the cathode tube ( 14 ) and on the outer surfaces of the cathode ribs ( 21 ) unavoidable manufacturing tolerances can be avoided with the necessary accuracy. The Konuspas solution also forms a seal that prevents the coolant from entering the nozzle chamber.

Unter Benutzung der Kathodenrippen (21) wird eine wei tere Wärmeabfuhr erzielt, wenn das Kühlwasserrohr (14) in eine schlitzförmige Ausnehmung der Kathodenrippen (21) eingepaßt wird, so daß auch zwischen Kathode (15) und Kühlwasserrohr (14) eine wärmeleitende Verbindung entsteht.Using the cathode ribs ( 21 ), a further heat dissipation is achieved if the cooling water pipe ( 14 ) is fitted into a slot-shaped recess in the cathode ribs ( 21 ), so that a heat-conducting connection is also formed between the cathode ( 15 ) and the cooling water pipe ( 14 ).

Aufstellung der verwendeten BezugszeichenList of the reference numerals used

1 Einspannhülse
2 Spannhülse
3 Isolierbuchse
4 Isolierstück
5 Gaszuleitung/Zündstrom
6 Kühlwasserzuleitung
7 Kühlwasserableitung/Schneidstrom
8 Spannmutter
9 Düsenkappe
10 Grundkörper
11 Düse
12 Gasführungsteil
13 Isolierhülse
14 Kathodenrohr
15 Kathode
16 Kühlwasserrohr
17 Kathodenstift
18 Schlitze
19 Ringspalt
20 Entspannungskanäle
21 Kathodenrippen
22 Zentrieransatz 1 clamping sleeve
2 adapter sleeve
3 insulating bush
4 insulating piece
5 Gas supply line / ignition current
6 Cooling water supply
7 Cooling water discharge / cutting current
8 clamping nut
9 nozzle cap
10 basic bodies
11 nozzle
12 gas guide part
13 insulating sleeve
14 cathode tube
15 cathode
16 cooling water pipe
17 cathode pin
18 slots
19 annular gap
20 relaxation channels
21 cathode ribs
22 centering approach

Claims

1. A method for improving the thermal stability and the cutting jet geometry of a nozzle system for plasma cutting of metallic materials since characterized in that the cooling medium supplied through a separate line to the nozzle ( 11 ), this nozzle ( 11 ) in a cavity between the nozzle ( 11 ) and Düsenkap pe ( 9 ) flows, in the further through a cathode ( 15 ) and nozzle ( 11 ) isolating insulating piece ( 4 ) traversing bore into an outer lumen of the cathode tube ( 14 ) and fed through this to the cooling surface of the cathode ( 15 ) as well as from there in the inner lumen of the cathode tube ( 14 ) through the cutting current feed ( 7 ) designed as a cooling water discharge, additional cooling of the cathode ( 15 ) and nozzle ( 11 ) taking place in that the cutting gas is in on the surface of the cathode ( 15 ) extending relaxation channels ( 20 ) is adiabatically relaxed.

2. Plasma cutting torch for realizing the method according to claim 1, from a predominantly cylindrical, to the torch nozzle in a tip at an angle between 50 ° and 120 ° conically ending cathode ( 15 ) and this enclosing, from a Grundkör by ( 10 ), one Insulating piece ( 4 ) and the nozzle ( 11 ) be standing housing, in which the nozzle ( 11 ) of a nozzle lower cap ( 9 ) is enclosed so that an annular space is formed between the base body ( 10 ) and nozzle cap ( 9 ) as well as a present in the cathode ( 15 ) annular cavity through which a coolant can flow, characterized in that between the two annular cavities there is a connection which runs through the base body ( 10 ) and the insulating piece ( 4 ).

3. Plasma cutting torch according to claim 2, characterized in that the cathode body consists of the cathode ( 15 ) and the cathode tube ( 14 ), the cathode tube ( 14 ) in a region between the insulating piece ( 4 ) and the cathode tip ( 15 ) as double-walled hollow cylinder, the inner cylinder of which is a cooling water pipe ( 16 ), in which there are inflow openings in the area of the insulating piece ( 4 ) and that the cathode ( 15 ) from a conical tip facing the nozzle opening in which the cathode pin ( 17 ) is inserted, an adjoining, cylindrical or slightly conical centering projection ( 22 ) which corresponds exactly with a recess in the cathode tube ( 14 ) and an externally threaded cathode heat sink ( 21 ) which is in the lower section of the cathode tube res ( 14 ) is screwed in.

4. Plasma cutting torch according to claim 3, characterized in that the heat sink ( 21 ) has a predominantly star-shaped cross section, the Außenflä Chen are provided with a thread.

5. Plasma cutting torch according to claim 4, characterized in that when the cathode tube ( 14 ) is completely screwed in ( 15 ), the cooling water tube ( 16 ) ends at a distance between 0 and 4 mm from the heat sink ( 21 ).

6. Plasma cutting torch according to claim 4, characterized in that when the cathode tube ( 14 ) is completely screwed into the cathode ( 15 ), the cooling water tube ( 16 ) in a recess in the heat sink ( 21 ) has a recess between 0 and 4 mm from the top edge of the Heatsink ( 21 ) ends.

7. Plasma cutting torch according to one of the preceding claims, characterized in that the gas feed line, which is also configured as an ignition current supply ( 5 ) is fed into a ring-shaped channel ( 15 ) enclosing the channel, which extends over a number of at an angle between 15 ° and 30 ° to the axis of the plasma cutting torch slots ( 18 ) with a cylindrical by cathode tube ( 14 ) and a gas guide part ( 12 ) bounded annular gap ( 19 ) that this annular gap ( 19 ) in turn with gas guide channels ( 20th ) is connected, which run on the conical surface of the cathode ( 15 ).

8. Plasma cutting torch according to claim 7, characterized in that between the gas guide part ( 12 ) and Ka method ( 15 ) regularly arranged Gasführungska channels ( 20 ) with a geometrically precisely determined cross section are arranged so that they are from the outer edge at an angle between 20 ° and 50 ° to the radius of the cathode ( 15 ) spirally to the tip of the cathode ( 15 ) he stretch and occupy more than 50% of the conical surface of the cathode 15.

9. Plasma cutting torch according to claim 8, characterized in that the cross section of the gas guide channels ( 20 ) predominantly has the shape of a triangle.

10. Plasma cutting torch according to claim 8, characterized in that the cross section of the Gasführungskanä le ( 20 ) predominantly has the shape of a triangle with uneven chen legs, the shorter leg on the outside of the spirals through the gas guide channels ( 20 ) be written.

11. Plasma cutting torch according to one of claims 8 to 10, characterized in that the cross section of the gas guide channels ( 20 ) to the tip of the cathode 15 is tapered.