DE69031622T2

DE69031622T2 - Plasmabrenner

Info

Publication number: DE69031622T2
Application number: DE69031622T
Authority: DE
Inventors: Kunio Komatsu Research Horiai; Yuichi Komatsu Res Takabayashi
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1989-06-20
Filing date: 1990-06-20
Publication date: 1998-03-12
Anticipated expiration: 2010-06-21
Also published as: EP0480034B1; EP0480034A4; KR920702809A; EP0802704A1; EP0480034A1; KR0137265B1; US5233154A; WO1990016140A1; DE69031622D1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Plasmabrenner zum Trennen und Schweißen von Metallwerkstoffen.

Bisheriger Stand der Technik

Ein herkömmlicher Plasmabrenner besitzt als Hauptbestandteile ein Brennergehäuse, einen Elektrodenhalter, eine Elektrode, einen Isolierzylinder, einen Drakörper und eine Düse, wobei der Plasmabrenner einfach dadurch erhalten wird, daß der Elektrodenhalter mit der Außenseite an der Düse in der oben beschriebenen Reihenfolge angebracht wird und die so miteinander verbundenen Bestandteile in das Brennergehäuse eingesetzt werden. Bekannt sind als weitere Beispiele ein Plasmabrenner, der so aufgebaut ist, daß eine Kappe außen auf den vorderen Teil des Plasmabrenners gesetzt und dieser dadurch geschützt wird, sowie ein Plasmabrenner, der so aufgebaut ist, daß der Isolierzylinder und der Drallkörper in einem Stück geformt sind (siehe beispielsweise die japanische Patentgebrauchsmusteroffenlegung Nr.63-19978). Da die herkömmlichen Plasmabrenner auf die oben beschriebene einfache Art und Weise aufgebaut sind, bereitet ihre Herstellungauch keine Schwiengkeiten. Es ergeben sich jedoch bei ihrem Einsatz f6lgenae Probleme:
(1) Der Isolierzylinder kann brechen.
(2) Der Kontakt zwischen dem Elektrodenhalter und der Elektrode kann schmelzen.
Der Grund für die oben beschriebenen Probleme soll nun besonders unter Bezugnahme auf einen in Fig.3 dargestellten Plasmabrenner beschrieben werden. Während des Einsatzes des Plasmabrenners muß seine Elektrode 3, bei der es sich um eine abschmelzende Elektrode handelt, gelegentlich ausgewechselt werden. Eine Kappe 7 wird so auf ein Gehäuse, in dem sich die Elektrode 3 befindet, geschraubt, daß die Elektrode 3 über einen Isolierzylinder 4 und eine Düse 6 außen an einem Elektrodenhalter 2 angebracht ist. Zu diesem Zeitpunkt wirkt die auf die Kappe 7 zur Anwendung gebrachte Kraft auf einen äußeren Randbereich 42 des Isolierzylinders 4. Ein innerer Randbereich 41 des inneren Isolierzylinders 4 überträgt jedoch die Einsetzkraft auf die Elektrode 3. Das bedeutet, daß im Isolierzylinder 4 eine Scherkraft entsteht. Ein Nachteil ergibt sich dadurch, daß der Isolierzylinder 4 gewöhnlich aus Keramik besteht und deshalb gegenüber Schlagbeanspruchungen oder übermäßig hohen Belastungen zu empfindlich ist, auch wenn er eine zufriedenstellende Hitzebeständigkeit aufweist. Der Isolierzylinder 4 bricht infolgedessen allmählich, wodurch sich die Kraft, mit der die Elektrode 3 mit der Elektrode 3 in Kontakt gebracht wird, verringert. Ein Problem entsteht infolgedessen dadurch, daß es zu einer unzureichenden elektrischen Verbindung (d.h. zu einem unzureichenden Kontakt) kommt und der Kontakt 3b schmelzen kann.
Aus JP-A-01 150480, JP-A-63 250097 und JP-A-63 011187 sind Plasmabrenner in verschiedenen Ausführungen bekannt.
Diese Ausführungen besitzen im allgemeinen den Elektrodenhalter, die Elektrode, den Drallkörper und die Düse, wobei ihre Kontaktflächen in der gleichen Längsachse angeordnet sind. Für die Schaffung eines elektrischen Kontakts zwischen den Bestandteilen ist die Position der Elektrode im Brennergehäuse von Bedeutung.
JP-A-63 250 097 zeigt eine Verfahrensweise, bei der eine elektrische Verbindung dadurch entsteht, daß die Elektrode in den Elektrodenhalter geschraubt und die Positionierung der Elektrode dadurch erfolgt, daß der Flansch der Elektrode und der Elektrodenhalter miteinander in Kontakt gebracht werden. Es sind bei dieser Verfahrensweise zusätzliche Hilfsmittel und Maßnahmen notwendig. Bei den anderen Patenten ist andererseits die Verwendung von Keramikwerkstoffen äußerst schwierig.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht dementsprechend darin, einen Plasmabrenner bereitzustellen, dessen Isolierzylinder nicht so leicht brechen kann und dessen Kontakt zwischen dem Elektrodenhalter und der Elektrode nicht so leicht schmelzen kann. Die vorliegende Erfindung soll des weiteren einen Plasmabrenner liefern, bei dem der oben beschriebene Plasmabrenner jedoch in einer weiter verbesserten Ausführung verwendet wird.

Offenlegung der Erfindung

Zur Erfüllung der Zielsetzung ist ein Plasmabrenner gemäß der vorliegenden Erfindung so aufgebaut, daß der Elektrodenhalter an der Außenseite einen Flansch besitzt; die Elektrode außen an der dem Elektrodenhalter gegenüberliegenden Seite mit einem Flansch versehen ist, der sich mit der Oberfläche des Flansches auf der Seite der Düse in Kontakt befindet; die Stimseite des Isolierzylinders auf der Seite des Elektrodenhalters mit der Oberfläche des Flansches auf der Seite der Düse in Kontakt steht und der Isolierzylinder auf der Seite der Düse einen Absatz besitzt; die Stimseite des Drallkörpers auf der Seite des Elektrodenhalters an der Oberfläche des Absatzes des Isolierzylinders auf der Seite der Düse anliegt; die Stimseite des Drallkärpers in Kontakt mit einer in Düsenrichtung zeigenden inneren Seitenfläche der Düse angeordnet ist. Ein Innendurchmesser des Isolierzylinders einer Oberfläche, die am Flansch der Elektrode anliegt, ist kleiner als ein Außendurchmesser, der mit dem Drallkärper in Kontakt steht.
Des weiteren sind eine Kappe, die auf einer Seite an die Düse angrenzt und auf der anderen Seite außen auf das Brennergehäuse geschraubt ist, und eine Kappe, die auf einer Seite an die Kappe angrenzt und auf der anderen Seite außen auf das Brennergehäuse geschraubt ist, sowie ein Schutzgaskanal zwischen den Kappen und eine Schutzgasstrahläffnung auf einer Seite der Kappe vorhanden. Der Isolierzylinder und der Drallkörper sind in einem Stück geformt.
Durch diese Konstruktion sind die Kontaktflächen der oben beschriebenen Bestandteile in einer von der Düse 6 zum Brennergehäuse 1 verlaufenden Linie angeordnet. Die in einer Richtung von der Düse 6 zum Elektrodenhalter 2 zur Anwendung gebrachte Einsetzkraft wird deshalb in den oben beschriebenen Bestandteilen im wesentlichen zu einer Druckspannung. Obwohl der Isolierzylinder 4 brechen kann, geschieht das infolgedessen im Vergleich zur herktmmlichen Ausfithrung nicht so leicht. Das Schmelzen der Kontaktfläche 3a durch den unzureichenden Kontakt zwischen der Elektrode 3 und dem Elektrodenhalter 2 kann dadurch verhindert werden. Andererseits entspricht die Kontaktkraft zwischen der Elektrode 3 und dem Elektrodenhalter 2, wie aus der vorhergehenden Beschreibung entnommen werden kann, im wesentlichen der über die Düse 6 zur Anwendung gebrachten Einsetzkraft. Dadurch kann ein weiterer zuverlässiger Kontakt an der Kontaktfläche 3 erreicht werden, so daß ein Schmelzen weiterhin vollständig verhindert werden kann.
Die über die Düse 6 zur Anwendung gebrachte Kontaktkraft erzeugt mitunter neben der Druckspannung je nach Form oder Zustand der Anbringung der Bestandteile eine innere Spannung. Auch wenn die innere Spannung entsteht, kann die Einsetzkraft in jedem Bestandteil dadurch zu einer im wesentlichen reinen Druckspannung werden, daß der Innendurchmesser des Isolierzylinders entsprechend gewählt wird. Dadurch kann die oben beschriebene Funktions- und Wirkungsweise weiter verbessert werden.
Die oben beschriebene Konstruktion des Plasmabrenners kann bei einem Plasmabrenner, der mit den Kappen 7 und 8 versehen ist und eine Schutzgaszuführungsfunktion besitzt, und bei einem Plasmabrenner, der so ausgeführt ist, daß der Isolierzylinder 4 und der Drallkörper 5 in einem Stück geformt sind, Anwendung finden.
Des weiteren befindet sich am zylindrischen Teil 62 der Düse 6 der abgesetzte Bereich oder ein konischer Bereich und ist der Durchmesser des oberen Abschnitts über dem Drallkörper 5 mit Ausnahme des vollständigen Drallkörpersitzes oder eines Teils davon größer gewählt. Das Einsetzen bzw. Entfernen des Drallkärpers kann gegenüber der herkömmlichen Konstruktion bedeutend einfacher erfolgen. Der Drallkörper 5 kann während des Auseinandernehmens des Plasmabrenners ohne Schwierigkeiten auch dann von der Düse 6 entfernt werden, wenn der zylindrische Teil etwas verformt ist oder kleine Staubtelichen an der Innenseite des zylindrischen Teils haftenbleiben.
Fig. 1 ist eine teilweise vergräßerte Schnittdarstellung eines Plasmabrenners; Fig. 2 zeigt eine Einzelheit des Plasmabrenners; und Fig. 3 ist eine teilweise vergrößerte Schnittdarstellung eines herkömmlichen Plasmabrenners.
In Fig. 1 ist außen am vorderen Teil eines Elektrodenhalters 2, der in einem Brennergehäuse 1 untergebracht ist und zur Vergrtßerung der Kontakifläche einen Flansch 21 besitzt, eine Elektrode 3 befestigt, wobei die Elektrode 3 an der Außenseite eine dem Flansch 21 gegenüberliegende Anflachung 3a und einen Absatz 3b besitzt. Des weiteren ist außen an der oben beschriebenen Anftachung 3a der Elektrode 3 ein Isolierzylinder 4 so angebracht, daß er an der Anflachung 3a anliegt. Darüber hinaus ist mit Hilfe des Absatzes 4b an der Außenseite des Isolierzylinders 4 ein Drallkörper 5 zur Erzeugung eines wirbelnden Gasstromes an dieser oben beschriebenen Außenseite befestigt. Des weiteren ist eine konische und zylindrische Düse 6 außen am Drallkärper 5 angebracht. Die oben beschriebenen Bestandteile sind im Brennergehäuse 1 untergebracht. Durch die oben beschriebene Konstruktion sind eine Kontaktfläche (61) zwischen der Düse 6 und dem Drallkärper 5, eine Kontaktfläche (4b) zwischen dem Drallkörper 5 und dem Isolierzylinder 4, eine Kontaktfläche 3a zwischen dem Isolierzylinder 4 und der Elektrode 3 und eine Kontaktfläche (3a) zwischen der Elektrode 3 und dem Elektrodenhalter 2 in einer von der Düse 6 zum Brennergehäuse 1 verlaufenden Linie angeordnet. Dadurch wird nur die von der Düse 6 auf die Elektrode 2 wirkende Einsetzkraft in den oben beschriebenen Bestandteilen im wesentlichen zur Druckspannung.
Damit hauptsächlich nur die Druckspannung a zur Anwendung kommt, ist der Isolierzylinder 4 so angeordnet, daß sich der Absatz 4b an der Außenseite zur Befestigung des Drallkörpers 5 außerhalb (Innendurchmesser d2) des Innendurchmessers dl der dem Flansch 21 (in der Abbildung weggelassen) der Elektrode 2 gegenüberliegenden Anflachung 3a befindet. D.h. die Konstruktion ist so ausgeführt, daß eine Beziehung d2 > d1 erhalten wird. Durch Festlegen des Innendurchmessers in der oben beschriebenen Art und Weise wird die Einsetzkraft F in jedem Bestandteil zur reinen Druckspannung .
Eine konische und zylindrische Kappe 7 ist jeweils außen an der Düse 6 und am Brennergehäuse 1 befestigt. Außerdem ist eine weitere Kappe 8 außen an der oben beschriebenen Kappe 7 und dem oben beschriebenen Brennergehäuse 1 angebracht. Zwischen der Kappe 7 und der Kappe 8 befindet sich ein Kanal 82 für die Zuführung eines Schutzgases. Im vorderen Teil der Kappe 8 ist darüber hinaus eine Strahlöffnung 81 vorhanden, durch die ein Schutzgasstrom auf ein zu bearbeitendes Werkstück gerichtet wird. Das Schutzgas dient zur Abschirmung des Plasmastromes und des zu bearbeitenden Werkstücks gegenüber der Außenluft während der Plasmabearbeitung. Des weiteren sind unter Bezugnahme auf die Zeichnung "O"- Ringe, Magnete und dergleichen vorgesehen, um ein unerwünschtes Eindringen von Kühlwasser zu verhindern und die hergestellte Verbindung der Bestandteile nach innen oder außen zu unterstützen.
Der Drallkörper 5 und der Isolierzylinder 4 sind in einem Stück geformt. Deshalb kännen zum einen bei der Konstruktion die Kontaktflächen verkleinert werden und kann zum anderen eine größere Steifigkeit erreicht werden. Dadurch kann ein Brechen verhindert und die Wirksamkeit der Übertragung der Einsetzkraft F verbessert werden.
Nach den oben beschriebenen Ausführungsformen können das Brechen des Isolierzylinders 4 in zufriedenstellender Weise und auch das Schmelzen durch die unzureichende elektrische Verbindung zwischen dem Elektrodenhalter 2 und der Elektrode 3 verhindert werden.

Claims

1. Plasmabrenner, bei dem die Außenseiten eines Elektrodenhalters (2), einer Elektrode (3), eines Isolierzylinders (4), eines Drallkärpers (5) und eine Düse (6) nacheinander in der Reihenfolge vom Elektrodenhalter (2) zur Düse (6) miteinander verbunden und diese miteinander verbundenen Bestandteile in einem Brennergehäuse (1) eingesetzt sind,

wobei der Elektrodenhalter (2) an der Außenseite einen Flansch (21) besitzt; die Elektrode (3) außen an der dem Elektrodenhalter (2) gegenüberliegenden Seite mit einem Flansch (31) versehen ist, der sich mit der Oberfläche des Flansches (21) auf der Seite der Düse (6) in Kontakt befindet; die Stimseite des Isolierzylinders (4) auf der Seite des Elektrodenhalters (2) mit der Oberfläche des Flansches (31) auf der Seite der Düse (6) in Kontakt steht und der Isolierzylinder (4) auf der Seite der Düse (6) einen Absatz (4b) besitzt; die Stimseite des Drallkörpers (5) auf der Seite des Elektrodenhalters (2) an der Oberfläche des Absatzes (4b) des Isolierzylinders (4) auf der Seite der Düse (6) anliegt; die Stimseite des Drallkörpers (5) in Kontakt mit einer in Düsenrichtung zeigenden inneren Seitenfläche (61) der Düse (6) angeordnet ist, und bei dem ein Innendurohmesser (d1) des Isolierzylinders (4) einer Oberfläche, die am Flansch (31) der Elektrode (3) anliegt, kleiner ist als ein Außendurchmesser (d2), der mit dem Drallkörper (5) in Kontakt steht.

2. Plasmabrenner nach Anspruch 1, bei dem eine Kappe (7), die auf einer Seite an die Düse (6) angrenzt und auf der anderen Seite außen auf das Brennergehäuse (1) geschraubt ist, und eine Kappe (8), die auf einer Seite an die Kappe (7) angrenzt und auf der anderen Seite außen auf das Brennergehäuse (1) geschraubt ist, und ein Schutzgaskanal (82) zwischen den Kappen (7) und (8) und einer Schutzgasstrahltffnung (81) auf einer Seite der Kappe (8) vorhanden ist.

3. Plasmabrenner nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Isolierzylinder (4) und der Drallkörper (5) in einem Stück geformt sind.