DE4300942A1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromabschaltvorrichtung für einen Lichtbogenplasma-Brenner, bei dem die Spannung zur Elektrode unterbrochen wird, wann immer der Hitzeschild vom Brennerhauptteil abgenommen wird.

Bei einem Lichtbogenplasma-Brenner wird der Elektrode eine hohe Spannung zugeführt, um einen elektrischen Lichtbogen zu erzeugen, der sich von der Elektrode und durch die Bohrung in einer Düsen-Baugruppe erstreckt. Zwischen der Elektrode und der Düsen-Baugruppe wird eine Gasströmung erzeugt, damit ein Plasmastrom durch die Bohrung hindurch zu einem unter der Düsen-Baugruppe angeordneten Werkstück entsteht. Die große Wärme und der Lichtbogen beschädigen häufig verschleißbehaf­ tete Bauteile des Brenners, z. B. die Düsen- Baugruppe und die Elektrode, und deshalb müssen diese Bauteile ausgewechselt werden. Diese Bauteile sind üblicherweise an das Brennerhauptteil angeschraubt, und im Bedarfsfall werden die Bauteile vom Bedienungspersonal vom Brennerhauptteil abgeschraubt und ausgewechselt.

Beim Austauschen der verschleißbehafteten Bauteile des Brenners besteht die Gefahr, daß ein Benutzer einen elektrischen Schlag erhält, wenn die Brennerelektrode noch unter Spannung steht. Ohne den Schutz durch den Hitzeschild und die Düsen-Baugruppe des Plasmabrenners liegt die Elektrode frei, die ein Benutzer zufällig berühren kann und daher einen elektrischen Schlag verursacht.

Einige Konstruktionen von Lichtbogenplasma-Brennern weisen Sicherheitsvorrichtungen auf, welche die Zufuhr elektrischer Spannung zur Elektrode verhindern, wenn die Düsen-Baugruppe oder der Hitzeschild vom Brennerhauptteil ganz oder zum Teil abgenommen sind. Beispielsweise sind aus den US-PSen 47 01 590, 49 59 520 und 49 73 816 Konstruktionen von Lichtbogenplasma-Brennern bekannt, bei denen federbetätigte Kolben und andere Teile sich innerhalb des Brennerhauptteils bewegen oder verschieben, nachdem der Hitzeschild oder die Düsen-Baugruppe entfernt worden ist.

Diese beweglichen Teile betätigen eine Steuervorrichtung, welche die Zufuhr von elektrischer Spannung zur Elektrode, somit einen elektrischen Schlag der Person verhindert, welche die sich auf brauchenden Teile des Brenners auswechselt. Wenngleich diese Brenner-Sicherheitsvorrichtungen ein gewisses Maß an Sicherheit schaffen, werden sich bewegende Kolben oder andere bewegliche Teile nicht bevorzugt, weil der Brenner mit solchen Sicherheitssystemen nicht nur komplexer und teurer ist, sondern auch deshalb, weil die Brennerlebensdauer ohne die zusätzliche Wartung, die bei den komplexeren Sicherheitssystemen mit beweglichen Teilen notwendig ist, kürzer werden kann.

Andere Sicherheitssysteme für Lichtbogenplasma-Brenner schlagen eine Brennerverriegelung vor, bei der eine ortsfeste Fehlerfeststellschaltung einen Kurzschluß zwischen der Elektrode und der Düse erfaßt und die Stromzufuhr zur Elektrode unterbricht, sobald der Kurzschluß festgestellt wird. Gemäß der US-PS 49 29 811 enthält die Fehlerfeststellschaltung ein Hauptkabel, das bei Durchschlagen einen Hauptleiter berührt und als Reaktion auf diese Berührung eine Fehlerfeststellschaltung betätigt, welche die Stromquelle abschaltet, die die Elektrodenspannung liefert. Bei einer anderen Ausführungsform bildet ein Federdraht einen Schleppkontakt mit einer Düsen-Baugruppe, derart, daß ein rückgekoppelter Schaltkreis entsteht, der bei Unterbrechung die Elektrodenstromquelle abschaltet. Jedoch kann bei beiden Ausführungsformen der Hitzeschild entfernt werden, ohne daß der Brenner abgeschaltet wird, was zu einer noch gefährlicheren Situation führt, in der das Bedienungspersonal, das Wartungsarbeiten oder Auswechslungen am Brenner durchführt, einen elektrischen Schlag erhalten kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Lichtbogenplasma-Brenner zu schaffen, bei dem die Elektrodenspannung abgeschaltet wird, wenn entweder der Hitzeschild oder die Düsen-Baugruppe entfernt wird, und bei dem die Vorrichtung hierfür keine beweglichen Teile oder Federdraht verwendet.

Der Lichtbogenplasma-Brenner gemäß der Erfindung hat einen rückgekoppelten elektrischen Schaltkreis durch die Düsen- Baugruppe und ein elektrisch leitfähiges Bauteil des Hitzeschilds, wenn die Düsen-Baugruppe und der Hitzeschild am Brennerhauptteil befestigt sind. Wenn die gebildete elektrische Schleifenschaltung unterbrochen ist, z. B. wenn der Hitzeschild oder die Düsen-Baugruppe entfernt ist, ist die Spannung zur Elektrode unterbrochen, was verhindert, daß Bedienungspersonal bei Wartungs- oder Reparaturarbeiten am Brenner einen elektrischen Schlag erhält.

Gemäß der Erfindung umfaßt der Lichtbogenplasma-Brenner ein Brennerhauptteil. Im Brennerhauptteil ist eine Elektrode angeordnet und weist ein Lichtbogen-Abgabeende auf. In der Nähe des Abgabeendes der Elektrode ist eine Düsen-Baugruppe angeordnet, die von einer Bohrung durchsetzt ist. Mit der Elektrode ist eine Stromquelle zur Versorgung der Elektrode mit elektrischer Spannung verbunden, derart, daß ein elektrischer Lichtbogen erzeugbar ist, der sich von der Elektrode und durch die Bohrung in der Düsen-Baugruppe erstreckt. Der Brenner ist so ausgebildet, daß zwischen der Elektrode und der Düsen-Baugruppe eine Gasströmung möglich ist, derart, daß durch die Bohrung ein Plasmastrom zu einem unter der Düsen-Baugruppe angeordneten Werkstück erzeugbar ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Rückhalteglied für die Düsen-Baugruppe am Brennerhauptteil wegnehmbar angeordnet und liegt an einer Düse an und hält die Düse in der Nähe der Elektrode in Stellung. Am Brennerhauptteil ist ein äußerer Hitzeschild wegnehmbar angeordnet und weist ein elektrisch leitfähiges Bauteil auf, das an der Innenfläche des Hitzeschilds angeordnet ist und mit dem Rückhalteglied für die Düsen-Baugruppe in elektrischer Berührung steht, wenn die Düse, das Rückhalteglied für die Düsen-Baugruppe und der Hitzeschild am Brennerhauptteil befestigt sind.

Wenn diese Bauteile am Brennerhauptteil befestigt sind, ist ein rückgekoppelter elektrischer Schaltkreis durch das Rückhalteglied für die Düsen-Baugruppe und das elektrisch leitfähige Bauteil des Hitzeschilds hergestellt. Wenn der Hitzeschild oder die Düsen-Baugruppe entfernt sind, ist die Schleife unterbrochen. In diesem Zustand schaltet eine Steuereinrichtung die elektrische Spannung zur Elektrode ab, um Verletzungen des Bedienungspersonals zu verhindern. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Düse in ein elektrisches Kontaktstück eingeschraubt. Ein rückgekoppelter Schaltkreis ist durch die Düse und das elektrisch leitfähige Bauteil des Hitzeschilds gebildet.

Bei der bevorzugten Ausführungsform weist der Lichtbogenplasma-Brenner innere und äußere elektrische Kontaktstücke auf, die im Brennerhauptteil befestigt sind und durch die der rückgekoppelte elektrische Schaltkreis errichtet wird. Der Brenner weist ein inneres Isolierglied auf, welches das innere Kontaktstück von der Elektrode trennt. Ein Zwischenisolierglied trennt die inneren und äußeren Kontaktstücke voneinander. Das äußere Kontaktstück und das elektrisch leitfähige Bauteil des Hitzeschilds umfassen Vorrichtungen, mit denen sich das äußere Kontaktstück und das elektrisch leitfähige Bauteil des Hitzeschilds schraubend miteinander verbinden lassen.

Das innere Kontaktstück ist im Abstand von der Düsen- Baugruppe angeordnet und mit Gewinde versehen. Bei der bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Rückhalteglied eine Haltemutter, die auf das innere Kontaktstück aufgeschraubt ist. Die Haltemutter ist vom Hitzeschild in solchem Abstand angeordnet, daß ein kreisringförmiger Gassammelraum gebildet ist. Der Gassammelraum weist einen kreisringförmigen Auslaß auf, der zwischen der Düsen-Baugruppe und dem Hitzeschild ausgebildet ist und durch den eine Sekundärgasströmung um das austretende Plasma abgegeben wird.

Bei einer anderen Ausführungsform ist die Düse durch die Haltemutter in Stellung gehalten, die auf das innere Isolierteil aufgeschraubt ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Düse elektrisch getrennt von der Sicherheitsschaltung, die von den inneren und äußeren Kontaktstücken und dem elektrisch leitfähigen Bauteil gebildet ist, welches an der Innenfläche des Hitzeschilds befestigt ist.

Die Erfindung schafft somit einen Lichtbogenplasma-Brenner mit mehreren Vorteilen gegenüber herkömmlichen Stromabschaltvorrichtungen. Gemäß der Erfindung wird die Spannung zur Elektrode unterbrochen, wenn der Hitzeschild abgenommen oder leicht losgeschraubt wird. Bei vielen bisher vorgeschlagenen Konstruktionen wird die Elektrodenspannung nur dann unterbrochen, wenn die Düse entfernt wird, und sie weisen nicht das Sicherheitsmerkmal gemäß der Erfindung auf, daß die Spannung bei Wegnahme des Hitzeschilds unterbrochen wird. Außerdem werden in der Stromabschaltvorrichtung gemäß der Erfindung keine beweglichen Teile verwendet. Somit werden die Herstellkosten für den Brenner und der Wartungsaufwand zur Erhaltung der Betriebsfähigkeit des Brenners verringert.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines Lichtbogenplasma-Brenners gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Lichtbogenplasma-Brenners gemäß der Erfindung, und

Fig. 3 einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Lichtbogenplasma-Brenners gemäß der Erfindung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform umfaßt ein Lichtbogenplasma-Brenner 10 eine Stromabschaltvorrichtung zur Unterbrechung der Spannungszufuhr zur Brennerelektrode, wenn der Hitzeschild oder die Düsen-Baugruppe abgenommen wird. Wenngleich bei den in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen Lichtbogenplasma-Brenner 10 beschrieben werden, bei denen um das austretende Plasma herum eine Sekundärgas-Strömung abgegeben wird, ist die Stromabschaltvorrichtung gemäß der Erfindung in verschiedenen Lichtbogenplasma-Brennerkonstruktionen verwendbar, an deren Brennerhauptteil ein Hitzeschild und eine Düsen-Baugruppe wegnehmbar befestigt sind. Außerdem sind in Fig. 1 und 2 eine erste bzw. eine zweite Ausführungsform offenbart, bei der zum Einschalten des Brennerbetriebs ein Zündbogen erzeugt wird. Bei der in Fig. 3 dargestellten dritten Ausführungsform wird kein Zündbogen erzeugt.

Gemäß Fig. 1 weist der Lichtbogenplasma-Brenner 10 ein Brennerhauptteil 12 auf, das aus einem harten, warmfesten Werkstoff hergestellt ist, z. B. warmgehärteter Kunststoff oder Epoxykompound, der die verschiedenen Brennerbauteile gegen die große Wärme schützt, die beim Schweißen oder Schneiden mit dem Lichtbogenplasma-Brenner entsteht. Mit dem Brennerhauptteil 12 ist ein Griffbereich 14 fest bzw. einstückig verbunden und erstreckt sich vom Brennerhauptteil 12 nach rückwärts, um das Ergreifen des Brenners 10 durch einen Benutzer zu ermöglichen.

Das Brennerhauptteil 12 umfaßt einen inneren Hohlraum 15, in dem ein Elektrodenträger 16 aufgenommen ist. Beim gezeigten Beispiel erstreckt sich der Elektrodenträger 16 mit dem Brennerhauptteil 12 entlang einer Längsachse. Der Elektrodenträger 16 ist aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff hergestellt, der es dem Elektrodenträger 16 ermöglicht, Spannung auf eine Elektrode zu übertragen, die am Elektrodenträger 16 abnehmbar angeordnet ist und mit ihm in elektrischer Berührung steht. Der Brenner-Griffbereich 14 ist von einem Strom/Gas-Rohr 20 durchdrungen, das mit dem Elektrodenträger 16 elektrisch verbunden ist.

Das Strom/Gas-Rohr 20 ist an eine Primärstromquelle 22 angeschlossen, die dem Elektrodenträger 16 die richtige Spannung zuführt. Gas wird ebenfalls über den Mittelabschnitt des Strom/Gas-Rohres 20 in einen zentralen Gas-Hohlraum 24 abgegeben, der im Elektrodenträger 16 ausgebildet ist. Der Elektrodenträger 16 trägt ferner eine Elektrode 28, durch die der Strom fließt und von der aus sich der erzeugte Lichtbogen erstreckt. Beim gezeigten Beispiel weist die Elektrode 28 einen Emissionseinsatz 28a auf, der am Lichtbogenabgabeende der Elektrode 28 angeordnet ist.

In der Nähe des Abgabeendes der Elektrode 28 ist eine Düsen- Baugruppe 30 angeordnet und umfaßt eine von einer Bohrung 34 durchsetzte becherförmige Düse 32. Das durch das Strom/Gas- Rohr 20 zugeführte Gas gelangt zwischen die Elektrode 28 und die Düsen-Baugruppe 30, derart, daß ein Plasmastrom durch die Bohrung 34 zu einem nahe an der Düsen-Baugruppe 30 angeordneten, nicht dargestellten Werkstück erzeugbar ist. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Düsen-Baugruppe 30 am Brennerhauptteil 12 durch ein Düsenrückhalteglied in Form einer Haltemutter 40 befestigt, die auf ein kreisringförmiges, elektrisch leitfähiges inneres Kontaktstück 42 aufgeschraubt ist, welches im Brennerhauptteil 12 befestigt ist. Das innere Kontaktstück 42 ist an einem kreisringförmigen inneren Isolierteil 44 befestigt, das gemäß Fig. 1 innerhalb des Brennerhauptteils 12 mittels Preßsitz an einem gestuften Abschnitt 46 des Elektrodenträgers 16 befestigt ist.

Die Haltemutter 40 weist einen unteren Flansch 50 auf, der an einer oberen Schulter 52 der Düse 32 so anliegt, daß die Düse 32 in der Nähe der Elektrode 28 in Stellung gehalten ist, wenn die Haltemutter 40 auf das innere Kontaktstück 42 aufgeschraubt ist. Der obere Abschnitt der Düse 32 liegt an einem Verwirbelungsablenkteil 60 aus Keramik an, wobei er letzteres an den Elektrodenträger 16 anpreßt.

Am Brennerhauptteil 12 ist ein großer, becherförmiger äußerer Hitzeschild 62 wegnehmbar befestigt. Der Hitzeschild 62 ist aus einem warmfesten Werkstoff, z. B. einem keramischen Werkstoff, hergestellt und umfaßt ein elektrisch leitfähiges Bauteil 64, das an der Innenfläche des Hitzeschilds 62 angeordnet ist. Das Bauteil 64 ist mit Gewinde versehen und ermöglicht gemäß Fig. 1 das Aufschrauben des Hitzeschilds 62 auf ein kreisringförmiges äußeres Kontaktstück 66, das im Brennerhauptteil 12 befestigt ist. Das äußere Kontaktstück 66 ist durch ein Zwischenisolierteil 70 vom inneren Kontaktstück 42 so im Abstand gehalten, daß die beiden Kontaktstücke 42, 66 elektrisch voneinander getrennt sind. Das Bauteil 64 weist eine nach innen gerichtete Schulter 74 auf, die zur Bildung einer elektrischen Berührungsstelle an einer unteren Schulterfläche 72 der Haltemutter 40 anliegt.

Gemäß Fig. 1 sind die beschriebenen Brennerbauteile so gestaltet, daß Gasströmung nicht nur um die Elektrode 28 und zwischen der Düse 32 ermöglicht wird, damit sich ein Plasmagasstrom bildet, sondern auch als Sekundärgasströmung zum Schutz des ausgetretenen Plasmas. Gas wird aus dem Strom/Gas-Rohr 20 in den zentralen Gas-Hohlraum 24 des Elektrodenträgers 16 und von dort nach außen durch Auslaßdurchlässe 76 abgegeben, die den Elektrodenträger 16 in Querrichtung durchsetzen. Durch die Auslaßdurchlässe 76 gelangt das Gas in eine kreisringförmige Kammer 78, die zwischen dem inneren Isolierteil 44 und dem Elektrodenträger 16 gebildet ist, und dann in eben Gassammelraum 80 zwischen der Haltemutter 40 auf der einen und dem Verwirbelungsablenkteil 60 und der Düse 32 auf der anderen Seite. Ein Teil des Gases dringt in eine Verwirbelungsöffnung 82 des Verwirbelungsablenkteils 60 ein, wobei das Gas durch das Verwirbelungsablenkteil 60 im Wirbel in den Raum abgegeben wird, der von der Elektrode 28 und dem Innenabschnitt der Düse 32 begrenzt ist. Durch den von der Elektrode 28 erzeugten elektrischen Lichtbogen wird das Gas ionisiert, und das entstandene Plasma wird durch die Bohrung 34 der Düse 32 auf ein unter der Düse 32 angeordnetes Werkstück abgegeben.

Ein anderer Teil des Gases wird durch radiale Öffnungen 84 der Haltemutter 40 und in einen weiteren Gassammelraum 86 abgegeben, der von der Innenfläche des äußeren Hitzeschilds 62 und der Außenfläche der Haltemutter 40 begrenzt ist. Der untere Abschnitt des Hitzeschilds 62 bildet eine Sekundärgas- Auslaßöffnung, die von der Düse 32 durchdrungen ist. Diese Sekundärgas-Auslaßöffnung ist etwas größer als die Außenabmessungen der Düse 32 und bildet eine kreisringförmige Gasauslaßöffnung 88, durch die eine Sekundärgasströmung als Hülle um das ausgetretene Plasma abgegeben wird. Das ausgetretene Sekundärgas kühlt die Düse 32 und bildet einen gewissen Schutz des Plasmas während des Lichtbogenplasma- Schneidens und -Schweißens, wenn viel Staub und andere Feststoffteilchen entstehen.

Gemäß Fig. 1 erstrecken sich durch den Griffbereich 14 des Brennerhauptteils 12 ein Zündbogenkabel 90 und ein Sicherheitskabel 92 und sind an das zugehörige innere Kontaktstück 42 bzw. äußere Kontaktstück 66 angeschlossen. Die Kabel 90 und 92 sind mit einer Sekundärstromquelle 94 verbunden, die Spannung erzeugt, welche über die Kabel 90, 92 an die Kontaktstücke 42 und 66 angelegt wird. Beim gezeigten Beispiel bilden die Sekundärstromquelle 94, die Kabel 90, 92, die Kontaktstücke 42 und 66 und die Haltemutter 40 einen rückgekoppelten elektrischen Schaltkreis.

Der rückgekoppelte elektrische Schaltkreis ist mit einer Steuereinrichtung 96 verbunden, die betriebsmäßig auch mit der Primärstromquelle 22 für die Elektrode verbunden ist. Wenn der Schaltkreis gemäß Fig. 1 geschlossen ist, ermöglicht die Steuereinrichtung 96, daß die Stromquelle 22 der Elektrode 28 Spannung zuleitet, wodurch die Erzeugung eines Lichtbogens und eines Plasmastroms nach außen durch die Düse 32 ermöglicht wird. Wenn der Hitzeschild 62 entfernt oder leicht gedreht wird, z. B. bei einer periodischen Wartung oder Reparatur des Brenners 10, oder wenn die Düse 32 innerhalb des Brenners 10 nicht korrekt befestigt ist, ist der elektrische Kontakt zwischen dem elektrisch leitfähigen Bauteil 64 des Hitzeschilds 62 und der Haltemutter 40 unterbrochen, und die Steuereinrichtung 96 unterbricht die Spannung zur Elektrode 28, um das Bedienungspersonal vor einem elektrischen Schlag zu schützen.

In der in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsform des Lichtbogenplasma-Brenners gemäß der Erfindung sind mit der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ähnliche Bauteile des Brenners mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Von der ersten Ausführungsform abweichende Bauteile sind mit Strichindex oder einem neuen Bezugszeichen bezeichnet.

Gemäß Fig. 2 ist die Elektrode 28 in einen Aufnahmekanal 100 des Elektrodenträgers 16 eingeschraubt. Das innere Kontaktstück 42 weist ein mit Gewinde versehenes kreisringförmiges Verlängerungsstück 102 auf, in welches die Düse 32 eingeschraubt ist. Das elektrisch leitfähige Bauteil 64 des Hitzeschilds 62 erstreckt sich an der Innenfläche des Hitzeschilds 62 nach unten und weist eine Lippe 104 auf, die sich nach innen erstreckt und am unteren Abschnitt einer Schulter 106 der Düse 32 anliegt.

Beim gezeigten Beispiel ist ein rückgekoppelter elektrischer Schaltkreis durch das äußere Kontaktstück 66, das an der Innenfläche des Hitzeschilds 62 befestigte elektrisch leitfähige Bauteil 64, die Düse 32 und das innere Kontaktstück 42 gebildet. Wenn der Hitzeschild 62 abgenommen oder lose ist, oder wenn die Düse 32 nicht in das innere Kontaktstück 42 eingeschraubt ist, ist der Schaltkreis unterbrochen und die Steuereinrichtung 96 schaltet die Spannung zur Elektrode ab.

Bei der zweiten Ausführungsform sind die Gasströme durch den Brenner 10 gegenüber der ersten Ausführungsform verschieden. Jedoch beeinträchtigen die verschiedenen Gasströme die Sicherheitsschaltung gemäß der Erfindung nicht. Die dargestellte zweite Ausführungsform hat kein Verwirbelungsablenkteil. Beim gezeigten Beispiel strömt Gas durch den zentralen Durchlaß bzw. Hohlraum 24 des Elektrodenträgers 16 und von dort nach außen durch Öffnungen 110 in Gaskanäle 112 im Isolierteil 44. Sodann strömt das Gas durch eine Öffnung 113 im inneren Kontaktstück 42 in einen Sammelbereich 114, der von den inneren und äußeren Kontaktstücken 42 und 66 und dem elektrisch leitfähigen Bauteil 64 begrenzt ist. Ein Teil des Gases strömt durch Öffnungen 116 im Verlängerungsstück 102 des inneren Kontaktstückes 42 in einen Gassammelbereich 118, der von der Elektrode 28 und der Düse 32 begrenzt ist. Ein weiterer Teil des Gases strömt durch untere Gasauslaßöffnungen 120, die in den unteren Schulterabschnitt des elektrisch leitfähigen Bauteils 64 vom Hitzeschild 62 eingearbeitet sind, und bildet eine Sekundärgasströmung.

Die in Fig. 3 dargestellte dritte Ausführungsform des Lichtbogenplasma-Brenners gemäß der Erfindung verwendet keinen Zündbogen für die Betriebseinschaltung, und somit ist kein getrenntes Zündbogenkabel dargestellt. Für die Spannungsversorgung des die Stromabschaltvorrichtung bildenden rückgekoppelten elektrischen Schaltkreises werden nur zwei Sicherheitsschaltungs-Kabel 120 verwendet.

Beim gezeigten Beispiel umfaßt die Düsen-Baugruppe 30 eine Düse 32 und ein Rückhalteglied für die Düsen-Baugruppe in Form einer Haltemutter 40, die auf das Isolierteil 44 auf schraubbar ist. Die Düse 32 ist wie bei der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 an ein Verwirbelungsablenkteil 60 angepreßt. Die Gasströmung durch den Brenner 10 gemäß Fig. 3 ist der durch den Brenner 10 gemäß Fig. 1 ähnlich.

Bei beiden Brennern 10 wird Gas aus dem Strom/Gas-Rohr 20 in den zentralen Gas-Hohlraum 24 des Elektrodenträgers 16 abgegeben und von dort nach außen durch Auslaßdurchlässe 76, die den Elektrodenträger 16 in Querrichtung durchsetzen. Das Gas strömt durch die Auslaßdurchlässe 76 in eine kreisringförmige Kammer 78, die zwischen dem inneren Isolierteil 44 und dem Elektrodenträger 16 gebildet ist, und dann in einen Gassammelraum 80, der von der Haltemutter 40, dem Verwirbelungsablenkteil 60 und der Düse 32 begrenzt ist.

Ein Teil des Gases strömt in eine Verwirbelungsöffnung 82 des Verwirbelungsablenkteils 60 ein, aus dem das Gas im Wirbel in den von der Elektrode 28 und dem inneren Abschnitt der Düse 32 begrenzten Raum abgegeben wird. Durch den von der Elektrode 28 erzeugten Lichtbogen wird das Gas ionisiert, und das entstandene Plasma wird durch die Bohrung 34 der Düse 32 auf ein unter der Düse 32 angeordnetes Werkstück abgegeben.

Ein anderer Teil des Gases wird durch radiale Öffnungen 84 der Haltemutter 40 in einen weiteren Gassammelraum 86 abgegeben, der zwischen der Innenfläche des äußeren Hitzeschilds 62 und der Außenfläche der Haltemutter 40 gebildet ist. Der untere Abschnitt des Hitzeschilds 62 bildet eine Sekundärgas-Auslaßöffnung, die von der Düse 32 durchdrungen ist. Diese Sekundärgas-Auslaßöffnung ist etwas größer als die Außenabmessungen der Düse 32 und bildet eine kreisringförmige Gasauslaßöffnung 88, durch die eine Sekundärgasströmung als Hülle um das austretende Plasma abgegeben wird.

Beim gezeigten Beispiel sind die Düse 32 und die Haltemutter 40 gegen die Stromabschalt-Sicherheitsschaltung gemäß der Erfindung elektrisch isoliert. Der Hitzeschild 62 ist über das elektrisch leitfähige Bauteil 64 auf das innere elektrische Kontaktstück 42 aufgeschraubt. Wenn der Hitzeschild 62 am äußeren elektrischen Kontaktstück 66 befestigt ist, preßt sich das Bauteil 64 des Hitzeschilds 62 an das äußere Kontaktstück 66, wodurch eine elektrische Berührungsstelle mit dem Bauteil 64 gebildet ist. Somit ist zwischen dem äußeren elektrischen Kontaktstück 66, dem elektrisch leitfähigen Bauteil 64 und dem inneren elektrischen Kontaktstück 42 ein rückgekoppelter elektrischer Schaltkreis gebildet.

Claims (21)

1. Lichtbogenplasma-Brenner (10), mit

• - einem Brennerhauptteil (12),
• - einer Elektrode (28), die im Brennerhauptteil (12) angeordnet ist und ein Lichtbogen-Abgabeende aufweist,
• - einer Düsen-Baugruppe (30), die in der Nähe des Abgabeendes der Elektrode (28) angeordnet und von einer Bohrung (34) durchsetzt ist,
• - einer mit der Elektrode (28) verbundenen Stromquelle (22) zur Versorgung der Elektrode (28) mit elektrischem Strom, derart, daß ein elektrischer Lichtbogen erzeugbar ist, der sich von der Elektrode (28) und durch die Bohrung (34) in der Düsen-Baugruppe (30) erstreckt,
• - einer Einrichtung zum Erzeugen einer Gasströmung zwischen der Elektrode (28) und der Düsen-Baugruppe (30), derart, daß durch die Bohrung (34) ein Plasmastrom zu einem unter der Düsen-Baugruppe (30) angeordneten Werkstück erzeugbar ist,
• - einem am Brennerhauptteil (12) wegnehmbar angeordneten äußeren Hitzeschild (62) mit einem elektrisch leitfähigen Bauteil (64), das an der Innenfläche des Hitzeschildes (62) angeordnet ist und mit der Düsen-Baugruppe (30) in elektrischer Berührung steht, wenn die Düsen-Baugruppe (30) und der Hitzeschild (62) am Brennerhauptteil (12) befestigt sind,
• - einer Einrichtung zum Herstellen eines elektrischen Schaltkreises durch die Düsen-Baugruppe (30) und das elektrisch leitfähige Bauteil (64) des Hitzeschilds (62), wenn die Düsen-Baugruppe (30) und der Hitzeschild (62) am Brennerhauptteil (12) befestigt sind, und
• - einer Einrichtung zum Unterbrechen der elektrischen Spannung zur Elektrode (28), wenn der elektrische Schaltkreis durch die Düsen-Baugruppe (30) und das elektrisch leitfähige Bauteil (64) beispielsweise beim Wegnehmen der Düsen- Baugruppe (30) oder des Hitzeschilds (62) beim Austauschen der Düsen-Baugruppe (30) geöffnet ist, damit elektrischer Schock für das Bedienungspersonal beim Warten und Instandsetzen des Brenners (10) vermieden wird.

2. Lichtbogenplasma-Brenner (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen-Baugruppe (30) eine Düse (32) und ein Rückhalteglied für die Düsen-Baugruppe (30) aufweist, das an der Düse (32) anliegt und die Düse (32) in der Nähe der Elektrode (28) in Stellung hält, wobei das Rückhalteglied für die Düsen-Baugruppe (30) Teil des rückgekoppelten elektrischen Schaltkreises ist.

3. Lichtbogenplasma-Brenner (10) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch innere und äußere elektrische Kontaktstücke (42, 66), die im Brennerhauptteil (12) befestigt sind und durch die ein Teil des rückgekoppelten elektrischen Schaltkreises gebildet ist.

4. Lichtbogenplasma-Brenner (10) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein inneres Isolierglied (44), welches das innere elektrische Kontaktstück (42) von der Elektrode (28) trennt.

5. Lichtbogenplasma-Brenner (10) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Zwischenisolierglied (70), das die inneren und äußeren elektrischen Kontaktstücke (42, 66) voneinander trennt.

6. Lichtbogenplasma-Brenner (10) nach einen der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Kontaktstück (66) und das elektrisch leitfähige Bauteil (64) des äußeren Hitzeschilds (62) Vorrichtungen umfassen, mit denen sich das äußere elektrische Kontaktstück (66) und das elektrisch leitfähige Bauteil (64) schraubend miteinander verbinden lassen.

7. Lichtbogenplasma-Brenner (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das innere elektrische Kontaktstück (42) im Abstand von der inneren Düsen-Baugruppe (30) angeordnet und mit Gewinde versehen ist, und daß das Rückhalteglied eine Haltemutter (40) umfaßt, die auf das innere elektrische Kontaktstück (42) aufgeschraubt ist.

8. Lichtbogenplasma-Brenner (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemutter (40) vom Hitzeschild (62) in solchem Abstand angeordnet ist, daß ein Gassammelraum (86) gebildet ist, und daß der Gassammelraum (86) einen Auslaß (88) aufweist, der zwischen der Düsen-Baugruppe (30) und dem Hitzeschild (62) ausgebildet ist und durch den eine Sekundärgasströmung um das Plasma abgegeben wird, welches durch die Bohrung (34) der Düsen-Baugruppe (30) austritt.

9. Lichtbogenplasma-Brenner (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der rückgekoppelte elektrische Schaltkreis ein Zündbogenkabel (90) umfaßt, das an einen der beiden inneren und äußeren elektrischen Kontaktstücke (42, 66) angeschlossen ist.

10. Lichtbogenplasma-Brenner (10), mit

• - einem Brennerhauptteil (12),
• - einer Elektrode (28), die im Brennerhauptteil (12) angeordnet ist und ein Lichtbogen-Abgabeende aufweist,
• - einer Düse (32), die in der Nähe des Abgabeendes der Elektrode (28) angeordnet und von einer Bohrung (34) durchsetzt ist,
• - einer mit der Elektrode (28) verbundenen Stromquelle (22) zur Versorgung der Elektrode (28) mit elektrischem Strom, derart, daß ein elektrischer Lichtbogen erzeugbar ist, der sich von der Elektrode (28) und durch die Bohrung (34) der Düse (32) erstreckt,
• - einer Einrichtung zum Erzeugen einer Gasströmung zwischen der Elektrode (28) und der Düse (32), derart, daß durch die Bohrung (34) ein Plasmastrom zu einem unter der Düse (32) angeordneten Werkstück erzeugbar ist,
• - einem am Brennerhauptteil (12) wegnehmbar angeordneten äußeren Hitzeschild (62) mit einem elektrisch leitfähigen Bauteil (64), das an der Innenfläche des Hitzeschilds (62) angeordnet ist und mit der Düse (32) in elektrischer Berührung steht, wenn die Düse (32) und der Hitzeschild (62) am Brennerhauptteil (12) befestigt sind,
• - einer Einrichtung zum Herstellen eines elektrischen Schaltkreises durch die Düse (32) und das an ihr anliegende elektrisch leitfähige Bauteil (64) des Hitzeschilds (62), wenn die Düse (32) und der Hitzeschild (62) am Brennerhauptteil (12) befestigt sind, und
• - einer Einrichtung zum Unterbrechen der elektrischen Spannung zur Elektrode (28), wenn der elektrische Schaltkreis durch die Düse (32) und das elektrisch leitfähige Bauteil (64) beispielsweise beim Wegnehmen des Hitzeschilds (62) oder der Düse (32) beim Austauschen der Düse (32) geöffnet ist, damit elektrischer Schlag für das Bedienungspersonal beim Warten und Instandsetzen des Brenners (10) vermieden wird.

11. Lichtbogenplasma-Brenner (10) nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch innere und äußere elektrische Kontaktstücke (42, 66), die im Brennerhauptteil (12) befestigt sind und durch die ein Teil des rückgekoppelten elektrischen Schaltkreises gebildet ist.

12. Lichtbogenplasma-Brenner (10) nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein inneres Isolierglied (44), welches das innere elektrische Kontaktstück (42) von der Elektrode (28) trennt.

13. Lichtbogenplasma-Brenner (10) nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch ein Zwischenisolierglied (70), das die inneren und äußeren elektrischen Kontaktstücke (42, 6) voneinander trennt.

14. Lichtbogenplasma-Brenner (10) nach einem dem Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere elektrische Kontaktstück (66) und das elektrisch leitfähige Bauteil (64) des Hitzeschilds (62) Vorrichtungen umfassen, mit denen sich das äußere elektrische Kontaktstück (66) und das elektrisch leitfähige Bauteil (64) des Hitzeschilds (62) schraubend miteinander verbinden lassen.

15. Lichtbogenplasma-Brenner (10) nach einem dem Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das innere elektrische Kontaktstück (42) ein mit Gewinde versehenes kreisringförmiges Verlängerungsstück (102) aufweist, auf das die Düse (32) aufgeschraubt ist.

16. Lichtbogenplasma-Brenner (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der rückgekoppelte elektrische Schaltkreis ein Zündbogenkabel (90) umfaßt, das an einen der beiden inneren und äußeren elektrischen Kontaktstücke (42, 66) angeschlossen ist.

17. Lichtbogenplasma-Brenner (10), mit

• - einem Brennerhauptteil (12),
• - einer Elektrode (28), die im Brennerhauptteil (12) angeordnet ist und ein Lichtbogen-Abgabeende aufweist,
• - ein inneres elektrisches Isolierteil (44), das im Brennerhauptteil (12) befestigt ist,
• - einer Düsen-Baugruppe (30), die am inneren elektrischen Isolierteil (44) befestigt und in der Nähe des Abgabeendes der Elektrode (28) angeordnet und von einer Bohrung (34) durchsetzt ist,
• - einer mit der Elektrode (28) verbundenen Stromquelle (22) zur Versorgung der Elektrode (28) mit elektrischem Strom, derart, daß ein elektrischer Lichtbogen erzeugbar ist, der sich von der Elektrode (28) und durch die Bohrung (34) in der Düsen-Baugruppe (30) erstreckt,
• - einer Einrichtung zum Erzeugen einer Gasströmung zwischen der Elektrode (28) und der Düsen-Baugruppe (30), derart, daß durch die Bohrung (34) ein Plasmastrom zu einem unter der Düsen-Baugruppe (30) angeordneten Werkstück erzeugbar ist,
• - inneren und äußeren elektrischen Kontaktstücken (42, 66), die im Brennerhauptteil (12) befestigt und mit gegenseitiger elektrischer Isolierung mit Zwischenabstand angeordnet sind,
• - einem am Brennerhauptteil (12) wegnehmbar angeordneten äußeren Hitzeschild (62) mit einem elektrisch leitfähigen Bauteil (64), das an der Innenfläche des Hitzeschilds (62) angeordnet ist und mit den elektrischen Kontaktstücken (42, 66) in elektrischer Berührung steht, wenn die Düsen-Baugruppe (30) und der Hitzeschild (62) am Brennerhauptteil (12) befestigt sind,
• - einer Einrichtung zum Herstellen eines rückgekoppelten elektrischen Schaltkreises durch die elektrischen Kontaktstücke (42, 66) und das elektrisch leitfähige Bauteil (64) des Hitzeschilds (62), wenn die Düsen-Baugruppe (30) und der Hitzeschild (62) am Brennerhauptteil (12) befestigt sind, und
• - einer Einrichtung zum Unterbrechen der elektrischen Spannung zur Elektrode (28), wenn die elektrische Schleifenschaltung durch die elektrischen Kontaktstücke (42, 66) und das elektrisch leitfähige Bauteil (64) beispielsweise beim Wegnehmen der Düsen-Baugruppe (30) oder des Hitzeschilds (62) beim Austauschen der Düsen-Baugruppe (30) geöffnet ist, damit elektrischer Schlag für das Bedienungspersonal beim Warten und Instandsetzen des Brenners (10) vermieden wird.

18. Lichtbogenplasma-Brenner (10) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen-Baugruppe (30) eine Düse (32) und ein Rückhalte­ glied für die Düsen-Baugruppe (30) aufweist, das an der Düse (32) anliegt und die Düse (32) in der Nähe der Elektrode (28) in Stellung hält, wobei das Rückhalteglied für die Düsen- Baugruppe (30) und die Düse (32) gegenüber dem rückgekoppelten elektrischen Schaltkreis isoliert sind.

19. Lichtbogenplasma-Brenner (10) nach Anspruch 17 oder 18, gekennzeichnet durch ein Zwischenisolierglied (70), welches das innere elektrische Kontaktstück (42) vom äußeren elektrischen Kontaktstück (66) trennt.

20. Lichtbogenplasma-Brenner (10) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das innere elektrische Kontaktstück (42) und das elektrisch leitfähige Bauteil (64) des Hitzeschilds (62) Vorrichtungen umfassen, mit denen sich das innere elektrische Kontaktstück (42) und das elektrisch leitfähige Bauteil (64) des Hitzeschilds (62) schraubend miteinander verbinden lassen.

21. Lichtbogenplasma-Brenner (10) nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Isolierteil (44) mit einem Gewinde versehen ist, und daß das Rückhalteglied für die Düsen-Baugruppe (30) eine Haltemutter (40) umfaßt, die auf das Gewinde des inneren Isolierteils (44) aufgeschraubt ist.