EP0134961A2 - Plasma torch and operating method - Google Patents

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EP0134961A2
EP0134961A2 EP84107737A EP84107737A EP0134961A2 EP 0134961 A2 EP0134961 A2 EP 0134961A2 EP 84107737 A EP84107737 A EP 84107737A EP 84107737 A EP84107737 A EP 84107737A EP 0134961 A2 EP0134961 A2 EP 0134961A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plasma torch
electrode
nozzle
diameter
torch according
Prior art date
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Granted
Application number
EP84107737A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP0134961B1 (en
EP0134961A3 (en
Inventor
Hans Josef Dr. Bebber
Gebhard Tomalla
Heinrich-Otto Rossner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vodafone GmbH
Original Assignee
Fried Krupp AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Fried Krupp AG filed Critical Fried Krupp AG
Publication of EP0134961A2 publication Critical patent/EP0134961A2/en
Publication of EP0134961A3 publication Critical patent/EP0134961A3/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0134961B1 publication Critical patent/EP0134961B1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3478—Geometrical details

Definitions

  • the invention relates to a plasma torch which is equipped with two concentrically arranged electrodes and a nozzle surrounding them.
  • the first of the electrodes the so-called auxiliary electrode
  • the second electrode has a central channel, in the center of which the auxiliary electrode protrudes and which consists of a first cylindrical part, a conical taper and a second, narrower cylindrical part and which is optionally followed by an extension.
  • the second electrode and the auxiliary electrode form an annular channel.
  • the application also relates to a method for operating said plasma torch.
  • an arc the so-called auxiliary arc
  • a gas stream is brought into contact with the auxiliary arc and passed through the nozzle electrode in order to drive the plasma formed by the auxiliary arc to the third electrode.
  • the direct current source not only serves to maintain the auxiliary arc between the first and second electrodes, but above all also to heat the plasma formed by the arc and driven to a third electrode.
  • the current source applied between the second electrode and the third electrode can be either one DC power source or, such as. B. proposed in DE-PS 14 40 594 to be an AC power source.
  • the direct-current auxiliary arc burning between the auxiliary electrode and the second electrode has the task of generating a continuous current of ionized plasma and bringing it into the region of the main arc fed with alternating current.
  • the primary aim of this is to enable the main arc to be re-ignited after each zero crossing of the alternating current and also to prevent thermal overloading of the nozzle electrode by the alternating current focal spot located on this electrode.
  • an auxiliary arc In addition to maintaining the AC arc and preventing thermal overload of the AC electrode of a plasma torch, an auxiliary arc often also has the task of starting the plasma torch. This is done in that the plasma flame generated by the auxiliary arc and emerging from the burner mouth forms a channel of ionized gas between the burner electrode and a counter electrode or the material to be heated or melted, in which the main arc current, be it direct or alternating current, flows can begin as soon as the main arc voltage is applied between the torch and counter electrodes.
  • the auxiliary arc z. B. between the burner electrode and the surrounding, the mouth of the burner material forming burner nozzle or between two auxiliary electrodes or between auxiliary and nozzle electrode of the arrangement described above are generated.
  • a prerequisite for the initial ignition of the main arc is that the plasma ignition flame extends to the counter electrode or the melting material and thus represents an uninterrupted electrically conductive path between the burner and counter electrodes.
  • the plasma torch has to The closer the pilot flame is, the closer the counter electrode is moved to.
  • the object is achieved by a plasma torch of the type mentioned at the outset which has the following features.
  • the diameter of the first cylindrical part is 1.2 to 2.5 times as large, preferably 1.5 to 2 times as large as the diameter of the auxiliary electrode.
  • the conical taper of the central channel has a cone angle between 20 and 80 °, advantageously between 30 and 60 °.
  • the tapering of the auxiliary electrode has a cone angle between 20 and 80 °, it being possible for a further cone with a larger cone angle between 40 and 180 ° to follow the tapering of the auxiliary electrode towards the electrode tip.
  • the tip area of the auxiliary electrode can also be designed as a cap.
  • the diameter of the expansion (D) of the central channel is up to 3 times larger than the second cylindrical part with a diameter (d), preferably the ratio D / d is between 1 and 1.5.
  • the auxiliary electrode is arranged in such a way that its electrode tip is arranged approximately at the level of the transition from the conical part of the central channel to the second, narrower cylindrical part. If the distance of the electrode tip from this transition surface is named (a), where (a) has a negative sign, if the auxiliary electrode tip protrudes into the second, narrower cylindrical part of the central channel, the ratio (a) to the diameter of the second, narrower one cylindrical part (d) between -1 and +2, preferably between 0 and 1 selected.
  • a solution according to the invention has thus been found in which the geometry of the auxiliary electrode and the inner contour of the nozzle electrode are coordinated with one another in such a way that the ionized gas stream emerging magnetically from the nozzle electrode, which is to be viewed as a free jet, forms a narrow, but as long as possible channel with a very high one electrical conductivity and is able to to ensure sufficient current flow over as long a distance as possible to ignite the main arc.
  • the teaching according to the invention takes into account the knowledge that the nozzle opening is cylindrical and that the end face of the nozzle is as sharp as possible.
  • the tear-off edge thus formed leads to very little beam divergence.
  • the extension or bore is therefore dimensioned with the diameter in such a way that the main arc, which is located on the end face, does not change the nozzle orifice which is decisive for the ignition arc formation.
  • the dimensioning of the annular gap between the nozzle electrode and the auxiliary electrode is also related to the formation of the longest possible pilot flame. Due to the conical design of the auxiliary electrode and the central channel, the cold gas used for plasma formation is optimally introduced into the conical area serving as the combustion chamber for the ignition arc through the cylindrical gap formed in the process.
  • the length of the second, narrower cylindrical part of the central channel and the diameter of this part are chosen so that they form a ratio between 0.2 and 3, preferably between 1 and 1.5.
  • a smaller ratio leads to insufficiently stabilized, not exactly axially burning pilot flame, a larger ratio causes an unnecessarily large cooling of the ionized gas, which would lead to a shortening of the pilot flame.
  • the free cross section is ünd- of the annular gap in the central channel of the nozzle electrode for the Z arc plasma gas starting from the annular gap over the conical area at the level of the auxiliary electrode tip to the second, narrower cylindrical part of the central channel so dimensioned that it decreases monotonously in the direction of flow of the gas.
  • annular channel between the nozzle electrode and the nozzle enclosing it on the inside of the nozzle is provided with an electrically insulating lining in order to prevent the formation of parasitic arcs more effectively than was possible with the pure cold gas insulation that was customary in the prior art.
  • the device described above with the geometry according to the invention has the effect that the ionized gas can be introduced in a laminar manner into the conical region and the gas flow is maintained in laminar form until it emerges from the nozzle electrode.
  • a method also has advantages in which the plasma gas supply through the central channel is set in the combustion region of the auxiliary arc (pilot arc) in such a way that the Reynolds number is between 10 and 2300, preferably between 10 and 100, lies.
  • an alternating current source is used to maintain the auxiliary arc, which has the advantage that the auxiliary and main arcs can be fed from a current source.
  • the plasma torch 15 shown in FIG. 1 essentially consists of an auxiliary electrode 1, an electrode 2 and a nozzle 3 surrounding it.
  • the auxiliary electrode 1 is a solid cross-sectionally circular Stick electrode with a diameter b.
  • the auxiliary electrode 1 has a conical taper 16 which forms the electrode tip 1 '.
  • the cone angle ⁇ of this taper 16 is 40 °.
  • the nozzle electrode 2 has a central bore or a central channel 4, into which the said auxiliary electrode 1 projects.
  • the central channel 4 has - from the inside to the outside - a first cylindrical part 17, a conically tapering part 12 and a second, narrower cylindrical part 5, which is followed by a cylindrical extension 18 with a diameter D.
  • the first cylindrical part 17 has a diameter B, so that there is an annular gap 19 with the ring width (B - b) / 2 between the nozzle electrode 2 and the auxiliary electrode 1.
  • the conically tapering part 12 connects the cylindrical part 17 with the diameter B to the cylindrical part 5 with the smaller diameter d and has a cone angle ⁇ , which - like the angle a - is 40 °, so that the surface lines of the conical taper 16 and the conically tapering part 12 run parallel. Due to the decreasing cross-sectional areas of the central channel 4 and the auxiliary electrode 1, this design achieves in a simple manner that the annular gap 19 decreases uniformly in the region of the conically tapering part 12 in the direction of the end face 11 of the plasma torch 15.
  • An annular channel or an annular gap 9 adjoins the nozzle electrode 2, which in turn is delimited by the burner nozzle 3.
  • the nozzle 3 In the area of the outer plasma channel boundary, ie in the direction of the end face 11 of the plasma torch 15, the nozzle 3 has an electrically insulating layer 10 on its inside, which effectively forms parasitic arcs prevented.
  • the plasma torch 15 shown in FIG. 1 is dimensioned such that the distance a from the electrode tip 1 'to the transition region of the conically tapering part 12 to the second cylindrical part 5 is chosen to be zero.
  • the ratio B / b is 1.7 and the ratio D / d is 1.25.
  • the device according to the invention leads to a long ignition arc 6, which is sufficient to ignite the main arc 8 over a distance of at least 15 cm.
  • the material to be melted is designated 7.
  • Fig. 1 also shows schematically the power supply of the electrodes 1 and 2.
  • the power supply 14 'for the ignition or auxiliary arc 6, which is connected to the auxiliary electrode 1 and the nozzle electrode 2 or to their connections can be a direct or Have AC power source.
  • the power supply 14 "for the main arc 8 is in turn connected to the nozzle electrode 2 and to a counterelectrode 13. If both the power supply 14 'and the power supply 14" are operated with alternating current, a common one can be used when using corresponding electrical components known to the person skilled in the art Power supply 14 can be used with only one type of current.
  • the plasma gas supply through the central channel 4 into the area of the auxiliary or pilot arc 8 is adjusted so that the Reynolds number Re is between 10 and 2300, but preferably between 10 and 100.
  • This gives the Reynolds number Re e.g. in the second, narrower cylindrical part 5 to Re (v. d) / ⁇ ,
  • v is the flow velocity and v is the kinematic viscosity of the plasma gas.

Abstract

Bei Plasmabrennern (15) mit einer zentralen Hilfselektrode (1) und einer einen Zentralkanal (4) aufweisenden und die Hilfselektrode (1) konzentrisch umgebenden Düsenelektrode (2) sowie einer beide Elektroden (1, 2) umgebenden Düse (3) wird zwecks Erzeugung einer Plasmazündflamme (6) hinreichend großer Länge eine besondere Plasmabrennergeometrie gewählt. So ist der Durchmesser (B) des ersten, die Hilfselektrode (1) umgebenden zylindrischen Teils (5) des Zentralkanals (4) 1,2 bis 2,5mal so groß wie der Durchmesser (b) der Hilfselektrode (1). Der Zentralkanal und die Hilfselektrode (1) besitzen eine Verjüngung (12 bzw. 16) mit einem Kegelwinkel (β bzw. α) zwischen 20 und 80°. Der Düsenringkanal (9) zwischen der Düsenelektrode (2) und der sie umgebenden Düse (3) ist zumindest am Düsenende a n der Innenseite der Düse (3) mit einer elektrisch isolierenden Auskleidung (10) versehen. Bevorzugt wird die Plasmagaszufuhr durch den Zentralkanal (4) so eingestellt, daß die Reynoldszahl zwischen 10 und 2300, vorzugsweise zwischen 10 und 100 liegt.In plasma torches (15) with a central auxiliary electrode (1) and a nozzle electrode (2) having a central channel (4) and concentrically surrounding the auxiliary electrode (1) and a nozzle (3) surrounding both electrodes (1, 2), a Plasma ignition flame (6) of sufficiently long length selected a special plasma torch geometry. The diameter (B) of the first cylindrical part (5) of the central channel (4) surrounding the auxiliary electrode (1) is 1.2 to 2.5 times as large as the diameter (b) of the auxiliary electrode (1). The central channel and the auxiliary electrode (1) have a taper (12 or 16) with a cone angle (β or α) between 20 and 80 °. The nozzle ring channel (9) between the nozzle electrode (2) and the nozzle (3) surrounding it is provided with an electrically insulating lining (10) at least at the end of the nozzle on the inside of the nozzle (3). The plasma gas supply through the central channel (4) is preferably set such that the Reynolds number is between 10 and 2300, preferably between 10 and 100.

Description

Die Erfindung betrifft einen Plasmabrenner, der mit zwei konzentrisch angeordneten Elektroden und einer diese umgebenden Düse ausgestattet ist. Die erste der Elektroden, die sogenannte Hilfselektrode, weist am vorderen Ende eine Verjüngung auf. Die zweite Elektrode besitzt einen Zentralkanal, in dessen Mitte die Hilfselektrode ragt und der aus einem ersten zylindrischen Teil, einer konischen Verjüngung und einem zweiten, engeren zylindrischen Teil besteht und an den sich ggf. noch eine Erweiterung anschließt. Die zweite Elektrode und die Hilfselektrode bilden einen ringförmigen Kanal. Die Anmeldung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Betreiben des genannten Plasmabrenners.The invention relates to a plasma torch which is equipped with two concentrically arranged electrodes and a nozzle surrounding them. The first of the electrodes, the so-called auxiliary electrode, has a taper at the front end. The second electrode has a central channel, in the center of which the auxiliary electrode protrudes and which consists of a first cylindrical part, a conical taper and a second, narrower cylindrical part and which is optionally followed by an extension. The second electrode and the auxiliary electrode form an annular channel. The application also relates to a method for operating said plasma torch.

Bei den nach dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen wird zwischen der ersten Elektrode und der düsenförmigen zweiten Elektrode mit Hilfe einer Gleichstromquelle ein Lichtbogen, der sogenannte Hilfslichtbogen, erzeugt und aufrecht erhalten. Ferner wird ein Gasstrom mit dem Hilfslichtbogen in Berührung gebracht und durch die Düsenelektrode geleitet, um das durch den Hilfslichtbogen gebildete Plasma zu der dritten Elektrode zu treiben. Die Gleichstromquelle dient dabei nichtnur zur Aufrechterhaltung des Hilfslichtbogens zwischen der ersten und der zweiten Elektrode, sondern vor allem auch zur Aufheizung des durch den Lichtbogen gebildeten und zu einer dritten Elektrode getriebenen Plasmas. Die zwischen der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode angelegte Stomquelle kann entweder eine Gleichstromquelle oder, wie z. B. in der DE-PS 14 40 594 vorgeschlagen, eine Wechselstromquelle sein. Wird eine Wechselstromquelle verwendet, hat der zwischen der Hilfselektrode und der zweiten Elektrode brennende Gleichstromhilfslichtbogen die Aufgabe, einen kontinuierlichen Strom ionisierten Plasmas zu erzeugen und in den Bereich des mit Wechselstrom gespeisten Hauptlichtbogens zu bringen. Damit soll in erster Linie das Wiederzünden des Hauptlichtbogens nach jedem Nulldurchgang des Wechselstroms ermöglicht und daneben auch eine thermische Überlastung der Düsenelektrode durch den an dieser Elektrode befindlichen Wechselstrombrennfleck verhindert werden.In the devices known from the prior art, an arc, the so-called auxiliary arc, is generated and maintained between the first electrode and the nozzle-shaped second electrode with the aid of a direct current source. Furthermore, a gas stream is brought into contact with the auxiliary arc and passed through the nozzle electrode in order to drive the plasma formed by the auxiliary arc to the third electrode. The direct current source not only serves to maintain the auxiliary arc between the first and second electrodes, but above all also to heat the plasma formed by the arc and driven to a third electrode. The current source applied between the second electrode and the third electrode can be either one DC power source or, such as. B. proposed in DE-PS 14 40 594 to be an AC power source. If an alternating current source is used, the direct-current auxiliary arc burning between the auxiliary electrode and the second electrode has the task of generating a continuous current of ionized plasma and bringing it into the region of the main arc fed with alternating current. The primary aim of this is to enable the main arc to be re-ignited after each zero crossing of the alternating current and also to prevent thermal overloading of the nozzle electrode by the alternating current focal spot located on this electrode.

Neben der Aufrechterhaltung des Wechselstrombogens und der Verhinderung thermischer Überlastung der Wechselstromelektrode eines Plasmabrenners hat ein Hilfslichtbogen oft auch die Aufgabe, den Plasmabrenner zu starten. Dies geschieht, indem die vom Hilfslichtbogen erzeugte, aus der Brennermündung austretende Plasmaflamme einen Kanal aus ionisiertem Gas zwischen der Brennerelektrode und einer Gegenelektrode bzw. dem aufzuheizenden oder zu schmelzenden Gut bildet, in dem der Hauptlichtbogenstrom, sei es nun Gleich- oder Wechselstrom, zu fließen beginnen kann, sobald die Hauptlichtbogenspannung zwischen Brenner- und Gegenelektrode angelegt wird. Dazu kann der Hilfslichtbogen z. B. zwischen der Brennerelektrode und der diese umgebenden, die Mündung des Brennermaterials bildenden Brennerdüse oder zwischen zwei Hilfselektroden oder auch zwischen Hilfs- und Düsenelektrode der voratehend beschriebenen Anordnung erzeugt werden. Voraussetzung für die Initialzündung des Hauptlichtbogens ist, daß die Plasmazündflamme bis zur Gegenelektrode bzw. dem Schmelzgut reicht und so eine ununterbrochene elektrisch leitende Strecke zwischen Brenner- und Gegenelektrode darstellt. Infolgedessen muß der Plasmabrenner um so näheren die Gegenelektrode herangefahren werden, je kürzer seine Zündflamme ist.In addition to maintaining the AC arc and preventing thermal overload of the AC electrode of a plasma torch, an auxiliary arc often also has the task of starting the plasma torch. This is done in that the plasma flame generated by the auxiliary arc and emerging from the burner mouth forms a channel of ionized gas between the burner electrode and a counter electrode or the material to be heated or melted, in which the main arc current, be it direct or alternating current, flows can begin as soon as the main arc voltage is applied between the torch and counter electrodes. For this purpose, the auxiliary arc z. B. between the burner electrode and the surrounding, the mouth of the burner material forming burner nozzle or between two auxiliary electrodes or between auxiliary and nozzle electrode of the arrangement described above are generated. A prerequisite for the initial ignition of the main arc is that the plasma ignition flame extends to the counter electrode or the melting material and thus represents an uninterrupted electrically conductive path between the burner and counter electrodes. As a result, the plasma torch has to The closer the pilot flame is, the closer the counter electrode is moved to.

In vielen Anwendungsfällen ist es aber wünschenswert oder sogar technisch erforderlich, den oder die Plasmabrenner aus möglichst großer Entfernung von der Gegenelektrode bzw. dem zu erwärmenden oder einzuschmelzenden Gut zu zünden, insbesondere wenn es sich um sperrige Stoffe, wie z. B. Schrott, handelt, deren Schüttung keine im wesentlichen ebene, sondern eine zerklüftete Oberfläche bildet. Da Plasmabrenner nicht mit elektrisch leitendem Material in Berührung kommen dürfen, da sie ansonsten zerstört werden, ist es im praktischen Betrieb äußerst wichtig, die Plasmabrenner in einem sicheren Abstand von der Oberfläche des zu schmelzenden Gutes, d. h. mit entsprechend großer Zündflamme, starten zu können.In many applications, however, it is desirable or even technically necessary to ignite the plasma torch or torches from as far away as possible from the counterelectrode or the material to be heated or melted down, in particular if bulky substances, such as, for. B. scrap, acts, the bulk does not form a substantially flat, but a jagged surface. Since plasma torches must not come into contact with electrically conductive material, since they would otherwise be destroyed, it is extremely important in practical operation to keep the plasma torch at a safe distance from the surface of the material to be melted, i. H. with a correspondingly large pilot light.

Verwendet man die in der DE-PS 14 40 594 beschriebene Lichtbogenanordnung, so werden auch nach Optimierung der Hauptlichtbogenstromstärke und des Plasmagasdurchsatzes nur Zündflammenlängen von 6 bis 8 cm erreicht. Auch die nach der DE-OS 29 00 330 bekannte Vorrichtung führt nicht zu hinreichend langen Zündflammen.If the arc arrangement described in DE-PS 14 40 594 is used, only pilot flame lengths of 6 to 8 cm are achieved even after optimization of the main arc current strength and the plasma gas throughput. The device known from DE-OS 29 00 330 does not lead to sufficiently long pilot lights.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Plasmabrenner der eingangs genannten Art anzugeben, der eine Plasmazündflamme von hinreichend großer Länge bildet, die das Zünden des Plasmabrenners auf leichtem sperrigem Schrott mechanisch kontaktlos und sicher ermöglicht.It is an object of the present invention to provide a plasma torch of the type mentioned at the outset, which forms a plasma ignition flame of a sufficiently large length, which enables the plasma torch to be ignited mechanically in a contactless and safe manner on light, bulky scrap.

Die Aufgabe wird durch einen Plasmabrenner der eingangs genannten Art gelöste der folgende Merkmale aufweist. Der Durchmesser des ersten zylindrischen Teils ist 1,2 bis 2,5mal so groß, bevorzugt 1,5 bis 2mal so groß wie der Durchmesser der Hilfselektrode. Die konische Verjüngung des Zentralkanals besitzt einen Kegelwinkel zwischen 20 und 80°, vorteilhafterweise zwischen 30 und 60°. Die Verjüngung der Hilfselektrode weist einen Kegelwinkel zwischen 20 und 80° auf, wobei sich an die Verjüngung der Hilfselektrode zur Elektrodenspitze hin ggf. ein weiterer Konus mit einem größeren Kegelwinkel zwischen 40 und 180° anschließen kann. Alternativ kann der Spitzenbereich der Hilfselektrode auch als Kalotte ausgebildet werden. Der Durchmesser der Erweiterung (D) des Zentralkanals ist bis zu 3mal größer als der zweite zylindrische Teil mit einem Durchmesser (d), vorzugsweise liegt das Verhältnis D/d zwischen 1 und 1,5. Die Hilfselektrode wird so angeordnet, daß deren Elektrodenspitze etwa in der Höhe des Übergangs des konischen Teils des Zentralkanals zum zweiten, engeren zylindrischen Teil angeordnet ist. Benennt man den Abstand der Elektrodenspitze von dieser Übergangsfläche mit (a), wobei (a) ein negatives Vorzeichen besitzt, sofern die Hilfselektrodenspitze in den zweiten, engeren zylindrischen Teil des Zentralkanals hineinragt, so wird das Verhältnis (a) zum Durchmesser des zweiten, engeren zylindrischen Teils (d) zwischen -1 und +2, bevorzugt zwischen 0 und 1 gewählt.The object is achieved by a plasma torch of the type mentioned at the outset which has the following features. The diameter of the first cylindrical part is 1.2 to 2.5 times as large, preferably 1.5 to 2 times as large as the diameter of the auxiliary electrode. The conical taper of the central channel has a cone angle between 20 and 80 °, advantageously between 30 and 60 °. The tapering of the auxiliary electrode has a cone angle between 20 and 80 °, it being possible for a further cone with a larger cone angle between 40 and 180 ° to follow the tapering of the auxiliary electrode towards the electrode tip. Alternatively, the tip area of the auxiliary electrode can also be designed as a cap. The diameter of the expansion (D) of the central channel is up to 3 times larger than the second cylindrical part with a diameter (d), preferably the ratio D / d is between 1 and 1.5. The auxiliary electrode is arranged in such a way that its electrode tip is arranged approximately at the level of the transition from the conical part of the central channel to the second, narrower cylindrical part. If the distance of the electrode tip from this transition surface is named (a), where (a) has a negative sign, if the auxiliary electrode tip protrudes into the second, narrower cylindrical part of the central channel, the ratio (a) to the diameter of the second, narrower one cylindrical part (d) between -1 and +2, preferably between 0 and 1 selected.

Damit ist eine erfindungsgemäße Lösung gefunden, bei der die Geometrie der Hilfselektrode sowie die Innenkontur der Düsenelektrode so aufeinander abgestimmt sind, daß der zentral aus der Düsenelektrode austretende, magnetohydrodynamisch als Freistrahl anzusehende Strom ionisierten Gases einen zwar schmalen, dafür aber möglichst langen Kanal mit sehr hoher elektrischer Leitfähigkeit ausbildet und so in der Lage ist, einen für das Zünden des Hauptlichtbogens ausreichenden Stromfluß über eine möglichst lange Strecke sicherzustellen.A solution according to the invention has thus been found in which the geometry of the auxiliary electrode and the inner contour of the nozzle electrode are coordinated with one another in such a way that the ionized gas stream emerging magnetically from the nozzle electrode, which is to be viewed as a free jet, forms a narrow, but as long as possible channel with a very high one electrical conductivity and is able to to ensure sufficient current flow over as long a distance as possible to ignite the main arc.

Die erfindungsgemäße Lehre berücksichtigt die Erkenntnis, die Düsenöffnung zylindrisch und die stirnseitige Begrenzung der Düse möglichst scharfkantig zu gestalten. Die dadurch gebildete Abreißkante führt zu einer sehr geringen Strahldivergenz. Daher ist die Erweiterung bzw. Bohrung mit dem Durchmesser so dimensioniert, daß der stirnseitig ansetzende Hauptlichtbogen die für die Zündlichtbogenausbildung maßgebliche Düsenmündung nicht verändert.The teaching according to the invention takes into account the knowledge that the nozzle opening is cylindrical and that the end face of the nozzle is as sharp as possible. The tear-off edge thus formed leads to very little beam divergence. The extension or bore is therefore dimensioned with the diameter in such a way that the main arc, which is located on the end face, does not change the nozzle orifice which is decisive for the ignition arc formation.

Mit der Ausbildung der möglichst langen Zündflamme steht auch die Dimensionierung des Ringspaltes zwischen der Düsenelektrode und der Hilfselektrode in Zusammenhang. Durch die jeweils konische Ausgestaltung der Hilfselektrode und des Zentralkanals wird das kalte, zur Plasmabildung benutzte Gas durch den dabei gebildeten zylindrischen Spalt optimal in den als Brennkammer für den Zündlichtbogen dienenden konischen Bereich eingeleitet.The dimensioning of the annular gap between the nozzle electrode and the auxiliary electrode is also related to the formation of the longest possible pilot flame. Due to the conical design of the auxiliary electrode and the central channel, the cold gas used for plasma formation is optimally introduced into the conical area serving as the combustion chamber for the ignition arc through the cylindrical gap formed in the process.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden die Länge des zweiten, engeren zylindrischen Teils des Zentralkanals und der Durchmesser dieses Teils so gewählt, daß sie ein Verhältnis zwischen 0,2 und 3, bevorzugt zwischen 1 und 1,5 bilden. Ein kleineres Verhältnis führt zu ungenügend stabilisierter, nicht exakt axial brennender Zündflamme, ein größeres Verhältnis verursacht eine unnötig große Kühlung des ionisierten Gases, was zu einer Verkürzung der Zündflamme führen würde.According to a development of the invention, the length of the second, narrower cylindrical part of the central channel and the diameter of this part are chosen so that they form a ratio between 0.2 and 3, preferably between 1 and 1.5. A smaller ratio leads to insufficiently stabilized, not exactly axially burning pilot flame, a larger ratio causes an unnecessarily large cooling of the ionized gas, which would lead to a shortening of the pilot flame.

Vorteilhafterweise wird der freie Querschnitt des Ringspaltes im Zentralkanal der Düsenelektrode für das Zünd- lichtbogenplasmagas ausgehend vom Ringspalt über den konischen Bereich auf Höhe der Hilfselektrodenspitze bis zum zweiten, engeren zylindrischen Teil des Zentralkanals so dimensioniert, daß er sich in Fließrichtung des Gases monoton verkleinert.Advantageously, the free cross section is ünd- of the annular gap in the central channel of the nozzle electrode for the Z arc plasma gas starting from the annular gap over the conical area at the level of the auxiliary electrode tip to the second, narrower cylindrical part of the central channel so dimensioned that it decreases monotonously in the direction of flow of the gas.

Schließlich wird der Ringkanal zwischen der Düsenelektrode und der diese umschließenden Düse an der Düseninnenseite mit einer elektrisch isolierenden Auskleidung versehen, um die Ausbildung parasitärer Bögen wirksamer zu verhindern, als dies die bisher nach dem Stand der Technik üblichen reinen Kaltgasisolationen ermöglichten.Finally, the annular channel between the nozzle electrode and the nozzle enclosing it on the inside of the nozzle is provided with an electrically insulating lining in order to prevent the formation of parasitic arcs more effectively than was possible with the pure cold gas insulation that was customary in the prior art.

Die vorbeschriebene Vorrichtung mit der dargelegten erfindungsgemäßen Geometrie bewirkt, daß das ionisierte Gas laminar in den konischen Bereich eingeleitet werden kann und die Gasströmung bis zum Austritt aus der Düsenelektrode laminar erhalten bleibt.The device described above with the geometry according to the invention has the effect that the ionized gas can be introduced in a laminar manner into the conical region and the gas flow is maintained in laminar form until it emerges from the nozzle electrode.

Neben der erfindungsgemäßen Vorrichtung bringt im Hinblick auf die Erzeugung einer Zündlichtbogenflamme optimaler Länge auch ein Verfahren Vorteile, bei dem die Plasmagaszufuhr durch den Zentralkanal in den Brennbereich des Hilfslichtbogens (Zündlichtbogens) so eingestellt wird, daß die Reynoldszahl zwischen 10 und 2300, vorzugsweise zwischen 10 und 100, liegt.In addition to the device according to the invention, with regard to the generation of a pilot arc flame of optimal length, a method also has advantages in which the plasma gas supply through the central channel is set in the combustion region of the auxiliary arc (pilot arc) in such a way that the Reynolds number is between 10 and 2300, preferably between 10 and 100, lies.

Praktische Erfahrungen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem Verfahren zeigen, daß die im wesentlichen durch die erfindungsgemäße Geometrie bestimmte Spannungsaufnabme des Zündlichtbogens so hoch ist, daß bereits Stromstärken von 200 bis 300 A ausreichen, um die gewünscht lange Zündlichtbogenflamme zu erzeugen. Wegen dieser niedrigen Stromstärken treten weder an der Düsen- noch an der Hilfselektrode nennenswerte Verschleißerscheinungen auf. Im übrigen garantieren die Ausgestaltungen der Hilfselektrode, die mit ihrem Konus die innere Begrenzung, und der Düsenelektrode, die die äußere Begrenzung des Zentralkanals bildet, daß der Zündlichtbogen immer an geometrisch wohldefinierten Stellen reproduzierbar sicher ansetzt. Dies führt zu einer ständig genau axial gerichteten Zündlichtbogenflamme.Practical experience with the device and the method according to the invention show that the voltage absorption of the pilot arc, determined essentially by the geometry according to the invention, is so high that current intensities of 200 to 300 A are sufficient to produce the desired long pilot arc flame. Because of these low currents, there are no significant signs of wear on either the nozzle or the auxiliary electrode. In addition, the designs of the auxiliary electrode, which with its cone form the inner boundary, and of the nozzle electrode, which forms the outer boundary of the central channel, ensure that the pilot arc always starts reproducibly and reliably at geometrically well-defined points. This leads to a pilot arc flame that is always exactly axially directed.

Ferner zeigt sich im praktischen Betrieb, daß der Zünd- bzw. Hilfslichtbogen und der Hauptlichtbogen weitgehend elektrisch entkoppelt sind und so die Hauptlichtbogenzündung optimiert durchgeführt werden kann.Practical operation also shows that the ignition or auxiliary arc and the main arc are largely electrically decoupled and the main arc can thus be optimized.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird zur Aufrechterhaltung des Hilfslichtbogens eine Wechselstromquelle verwendet, welche den Vorteil hat, daß Hilfs- und Hauptlichtbogen aus einer Stromquelle gespeist werden können.According to a further embodiment of the invention, an alternating current source is used to maintain the auxiliary arc, which has the advantage that the auxiliary and main arcs can be fed from a current source.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

  • Fig. 1 einen Plasmabrenner in einem auszugsweisen schematischen Längsschnitt und
  • Fig. 2 eine Hilfselektrode mit zwei konischen Verjüngungen an der Spitze.
An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail below. Show it:
  • Fig. 1 shows a plasma torch in a schematic longitudinal section and
  • Fig. 2 shows an auxiliary electrode with two conical tapers at the tip.

Der in Fig. 1 dargestellte Plasmabrenner 15 besteht im wesentlichen aus einer Hilfselektrode 1, einer Elektrode 2 und einer sie umschließenden Düse 3. Die Hilfselektrode 1 ist eine massive, im Querschnitt kreisförmige Stabelektrode mit einem Durchmesser b. Die Hilfselektrode 1 weist eine die Elektrodenspitze 1' bildende konische Verjüngung 16 auf. Der Kegelwinkel α dieser Verjüngung 16 beträgt 40°.The plasma torch 15 shown in FIG. 1 essentially consists of an auxiliary electrode 1, an electrode 2 and a nozzle 3 surrounding it. The auxiliary electrode 1 is a solid cross-sectionally circular Stick electrode with a diameter b. The auxiliary electrode 1 has a conical taper 16 which forms the electrode tip 1 '. The cone angle α of this taper 16 is 40 °.

Die Düsenelektrode 2 besitzt eine zentrale Bohrung bzw. einen Zentralkanal 4, in den die genannte Hilfselektrode 1 hineinragt. Der Zentralkanal 4 weist - von innen nach außen - einen ersten zylindrischen Teil 17, einen sich konisch verjüngenden Teil 12 und einen, zweiten, engeren zylindrischen Teil 5 auf, an den sich noch eine zylindrische Erweiterung 18 mit einem Durchmesser D anschließt.The nozzle electrode 2 has a central bore or a central channel 4, into which the said auxiliary electrode 1 projects. The central channel 4 has - from the inside to the outside - a first cylindrical part 17, a conically tapering part 12 and a second, narrower cylindrical part 5, which is followed by a cylindrical extension 18 with a diameter D.

Der erste zylindrische Teil 17 besitzt einen Durchmesser B, so daß zwischen der Düsenelektrode 2 und der Hilfselektrode 1 ein Ringspalt 19 mit der Ringbreite (B - b) / 2 besteht. Der sich konisch verjüngende Teil 12 verbindet den zylindrischen Teil 17 mit dem Durchmesser B mit dem zylindrischen Teil 5 mit dem kleineren Durchmesser d und weist einen Kegelwinkel ß auf, der - wie der Winkel a - 40° beträgt, so daß die Mantellinien der konischen Verjüngung 16 und des sich konisch verjüngenden Teils 12 parallel verlaufen. Aufgrund der kleiner werdenden Querschnittsflächen des Zentralkanals 4 und der Hilfselektrode 1 wird mit dieser Gestaltung auf einfahe Art erreicht, daß der Ringspalt 19 im Bereich des sich konisch verjüngenden Teils 12 in Richtung auf die Stirnfläche 11 des Plasmabrenners 15 gleichförmig abnimmt.The first cylindrical part 17 has a diameter B, so that there is an annular gap 19 with the ring width (B - b) / 2 between the nozzle electrode 2 and the auxiliary electrode 1. The conically tapering part 12 connects the cylindrical part 17 with the diameter B to the cylindrical part 5 with the smaller diameter d and has a cone angle β, which - like the angle a - is 40 °, so that the surface lines of the conical taper 16 and the conically tapering part 12 run parallel. Due to the decreasing cross-sectional areas of the central channel 4 and the auxiliary electrode 1, this design achieves in a simple manner that the annular gap 19 decreases uniformly in the region of the conically tapering part 12 in the direction of the end face 11 of the plasma torch 15.

An die Düsenelektrode 2 schließt sich nach außen hin ein Ringkanal bzw. ein Ringspalt 9 an, der seinerseits wieder durch die Brennerdüse 3 begrenzt wird. Die Düse 3 weist im Bereich der äußeren Plasmakanalbegrenzung, d.h..in Richtung der Stirnfläche 11 des Plasmabrenners 15 an ihrer Innenseite eine elektrisch isolierende Schicht 10 auf, die die Ausbildung parasitärer Lichtbögen wirksam verhindert.An annular channel or an annular gap 9 adjoins the nozzle electrode 2, which in turn is delimited by the burner nozzle 3. In the area of the outer plasma channel boundary, ie in the direction of the end face 11 of the plasma torch 15, the nozzle 3 has an electrically insulating layer 10 on its inside, which effectively forms parasitic arcs prevented.

Der in Fig. 1 dargestellte Plasmabrenner 15 ist so dimensioniert, daß der Abstand a von der Elektrodenspitze 1' bis zu dem Ubergangsbereich des sich konisch verjüngenden Teils 12 zu dem zweiten zylindrischen Teil 5 zu Null gewählt ist. Die Länge l des zweiten, engeren zylindrischen Teils 5 ist so gewählt, daß das Verhältnis 1/d = 1 ist. Das Verhältnis B/b beträgt 1,7 und das Verhältnis D/d 1,25. Die erfindungsgemäße Vorrichtung führt zu einem langen zündlichtbogen 6, der ausreicht, den Hauptlichtbogen 8 über eine Strecke von mindestens 15 cm zu zünden. In Fig. 1 ist das zu erschmelzende Gut mit 7 bezeichnet.The plasma torch 15 shown in FIG. 1 is dimensioned such that the distance a from the electrode tip 1 'to the transition region of the conically tapering part 12 to the second cylindrical part 5 is chosen to be zero. The length l of the second, narrower cylindrical part 5 is chosen so that the ratio 1 / d = 1. The ratio B / b is 1.7 and the ratio D / d is 1.25. The device according to the invention leads to a long ignition arc 6, which is sufficient to ignite the main arc 8 over a distance of at least 15 cm. In Fig. 1, the material to be melted is designated 7.

In Abwandlung des beschriebenen Ausführungsbeispiels weist die Hilfselektrode gemäß Fig. 2 eine konische Verjüngung 16 in Form eines Kegelstumpfes mit einem Kegelwinkel α = 40° und eine sich daran in Richtung auf die Elektrodenspitze 1' anschließende Verjüngung 21 mit einem Kegelwinkel y = 90° auf.In a modification of the exemplary embodiment described, the auxiliary electrode according to FIG. 2 has a conical taper 16 in the form of a truncated cone with a cone angle α = 40 ° and a taper 21 adjoining it in the direction of the electrode tip 1 ′ with a cone angle y = 90 °.

Fig. 1 zeigt ferner schematisch die Stromversorgung der Elektroden 1 und 2. So kann die Stromversorgung 14' für den Zünd- bzw. Hilfslichtbogen 6, die mit der Hilfselektrode 1 und der Düsenelektrode 2 bzw. mit deren Anschlüssen verbunden ist, eine Gleich- oder Wechselstromquelle aufweisen. Die Stromversorgung 14" für den Hauptlichtbogen 8 ist ihrerseits an der Düsenelektrode 2 und an einer Gegenelektrode 13 angeschlossen. Betreibt man sowohl die Stromversorgung 14' als auch die Stromversorgung 14" mit Wechselstrom, so kann bei Verwendung entsprechender, dem Fachmann bekannter elektrischer Bauelemente eine gemeinsame Stromversorgung 14 mit nur einer Stromart verwendet werden. Zum Betreiben der beiden Lichtbögen 6 und 8 ist es prinzipiell jedoch auch möglich, die genannten Elektroden 1 und 2 an einer einzigen, gemeinsamen Gleichstromversorgung anzuschließen.Fig. 1 also shows schematically the power supply of the electrodes 1 and 2. Thus, the power supply 14 'for the ignition or auxiliary arc 6, which is connected to the auxiliary electrode 1 and the nozzle electrode 2 or to their connections, can be a direct or Have AC power source. The power supply 14 "for the main arc 8 is in turn connected to the nozzle electrode 2 and to a counterelectrode 13. If both the power supply 14 'and the power supply 14" are operated with alternating current, a common one can be used when using corresponding electrical components known to the person skilled in the art Power supply 14 can be used with only one type of current. To operate the two lights Arches 6 and 8, it is in principle also possible to connect the electrodes 1 and 2 mentioned to a single, common DC power supply.

Beim Betreiben des beschriebenen Plasmabrenners 15 wird die Plasmagaszufuhr durch den Zentralkanal 4 in den Bereich des Hilfs- bzw. Zündlichtbogens 8 so eingestellt, daß die Reynoldszahl Re zwischen 10 und 2300, vorzugsweise jedoch zwischen 10 und 100 liegt. Dabei ergibt sich die Reynoldszahl Re z.B. in dem zweiten, engeren zylindrischen Teil 5 zu Re = (v. d)/ν,When operating the described plasma torch 15, the plasma gas supply through the central channel 4 into the area of the auxiliary or pilot arc 8 is adjusted so that the Reynolds number Re is between 10 and 2300, but preferably between 10 and 100. This gives the Reynolds number Re e.g. in the second, narrower cylindrical part 5 to Re = (v. d) / ν,

wobei v die Strömungsgeschwindigkeit und v die kinematische Zähigkeit des Plasmagases bedeutet.where v is the flow velocity and v is the kinematic viscosity of the plasma gas.

Claims (16)

1. Plasmabrenner zur Erzielung möglichst langer Initialzündbögen mit zwei konzentrisch angeordneten Elektroden (1, 2) und einer diese umgebenden Düse (3), wobei eine erste Elektrode (1) als Hilfselektrode zentral angeordnet ist und an ihrem vorderen Ende (1') eine Verjüngung aufweist, und eine sie umhüllende zweite Elektrode (2) als Düsenelektrode einen Zentralkanal (4) besitzt, der aus einem ersten zylindrischen Teil (17), einer konischen Verjüngung (12) und einem zweiten, engeren zylindrischen Teil (5), an den sich ggf. noch eine Erweiterung (17) anschließt, besteht und der (4) zusammen mit der Hilfselektrode (1) einen ringförmigen Kanal (19) bildet, dadurch gekennzeichnet, - daß der Durchmesser (B) des ersten zylindrischen Teils (17) des Zentralkanals (4) 1,2 bis 2,5mal so groß ist wie der Durchmesser (b) der Hilfselektrode (1), - daß die konische Verjüngung (12) des Zentralkanals (4) einen Kegelwinkel (s) zwischen 20 und 80° besitzt und die Verjüngung der Hilfselektrode (1) konisch unter einem Kegelwinkel (a ) zwischen 20 und 80° ausgebildet ist, - daß der Durchmesser (D) der Erweiterung (18) des Zentralkanals (4) bis zu 3mal größer ist als der Durchmesser (d) des zweiten zylindrischen Teils (5) - und daß die Hilfselektrode (1) so angeordnet ist, das der Abstand (a) von der Elektrodenspitze (1') bis zum Übergang von der konischen Verjüngung (12) zum zweiten, engeren zylindrischen Teil (5) und der Durchmesser (d) des zweiten, engeren zylindrisehen Teils (5) ein Verhältnis (a/d) von -1 bis +2 bilden. 1. Plasma torch to achieve the longest possible initial ignition arcs with two concentrically arranged electrodes (1, 2) and a nozzle (3) surrounding them, a first electrode (1) being arranged centrally as an auxiliary electrode and a taper at its front end (1 ') and a second electrode (2) enveloping it as the nozzle electrode has a central channel (4) which consists of a first cylindrical part (17), a conical taper (12) and a second, narrower cylindrical part (5) if necessary, there is an extension (17), which (4) forms an annular channel (19) together with the auxiliary electrode (1), characterized in that - That the diameter (B) of the first cylindrical part (17) of the central channel (4) is 1.2 to 2.5 times as large as the diameter (b) of the auxiliary electrode (1), - That the conical taper (12) of the central channel (4) has a cone angle (s) between 20 and 80 ° and the taper of the auxiliary electrode (1) is conical at a cone angle (a) between 20 and 80 °, - That the diameter (D) of the extension (18) of the central channel (4) is up to 3 times larger than the diameter (d) of the second cylindrical part (5) - And that the auxiliary electrode (1) is arranged so that the distance (a) from the electrode tip (1 ') to the transition from the conical taper (12) to the second, narrower cylindrical part (5) and the diameter (d) of the second, narrower cylinder see part (5) form a ratio (a / d) of -1 to +2. 2. Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (1) und der Durchmesser (d) des zweiten, engeren zylindrischen Teils (5) ein Verhältnis (1/d) zwischen 0,2 und 3 bilden.2. Plasma torch according to claim 1, characterized in that the length (1) and the diameter (d) of the second, narrower cylindrical part (5) form a ratio (1 / d) between 0.2 and 3. 3. Plasmabrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis (1/d) zwischen 1 und 1,5 liegt.3. Plasma torch according to claim 2, characterized in that the ratio (1 / d) is between 1 and 1.5. 4. Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (B) des ersten zylindrischen Teils (17) und der Durchmesser (b) der Hilfselektrode (1) ein Verhältnis (B/b) zwischen 1,5 und 2 bilden.4. Plasma torch according to claim 1, characterized in that the diameter (B) of the first cylindrical part (17) and the diameter (b) of the auxiliary electrode (1) form a ratio (B / b) between 1.5 and 2. 5. Plasmabrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis (B/b) bei 1,7 liegt.5. Plasma torch according to claim 4, characterized in that the ratio (B / b) is 1.7. 6. Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unter dem Kegelwinkel gebildete Verjüngung (16) der Hilfselektrode (1) in Richtung auf die Elektrodenspitze (11) in eine weitere Verjüngung (21) mit einem größeren Kegelwinkel (y ) zwischen 40 und 180° übergeht.6. Plasma torch according to claim 1, characterized in that the taper formed at the cone angle (16) of the auxiliary electrode (1) in the direction of the electrode tip (1 1 ) in a further taper (21) with a larger cone angle (y) between 40 and passes through 180 °. 7. Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel (ß) des sich konisch verjüngenden Teils (12) des Zentralkanals (4) zwischen 30 und 60° liegt.7. Plasma torch according to claim 1, characterized in that the cone angle (β) of the conically tapering part (12) of the central channel (4) is between 30 and 60 °. 8. Plasmabrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel (β) bei 40° liegt.8. Plasma torch according to claim 7, characterized in that the cone angle (β) is 40 °. 9. Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (D) der Erweiterung (18) und der Durchmesser (d) des zweiten, engeren zylindrischen Teils (5) ein Verhältnis (D/d) zwischen 1 und 1,5 bilden.9. Plasma torch according to claim 1, characterized in that the diameter (D) of the extension (18) and the diameter (d) of the second, narrower cylindrical part (5) form a ratio (D / d) between 1 and 1.5 . 10. Plasmabrenner nach Anspruch 9, gekennzeichnet, daß das Vehältnis (D/d) 1,25 beträgt.10. Plasma torch according to claim 9, characterized in that the vehicle (D / d) is 1.25. 11. Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet durch ein Verhältnis a/d von 0 bis 1.11. Plasma torch according to claim 1, characterized by a ratio a / d of 0 to 1. 12. Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der freie Querschnitt des Ringsspaltes (19) zwischen der Düsenelektrode (2) und der Hilfselektrode (1) in Richtung auf die Stirnfläche (11) des Plasmabrenners (15) gleichmäßig verringert.12. Plasma torch according to claim 1, characterized in that the free cross section of the annular gap (19) between the nozzle electrode (2) and the auxiliary electrode (1) in the direction of the end face (11) of the plasma torch (15) is reduced uniformly. 13. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenringkanal (9) zwischen der Düsenelektrode (2) und der sie umgebenden Düse (3) an der Innenseite der Düse (3) zumindest am Düsenende mit einer elektrisch isolierenden Auskleidung (10) versehen ist.13. Plasma torch according to one of claims 1 to 12, characterized in that the nozzle ring channel (9) between the nozzle electrode (2) and the nozzle surrounding it (3) on the inside of the nozzle (3) at least at the nozzle end with an electrically insulating lining (10) is provided. 14. Verfahren zum Betreiben eines Plasmabrenners nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmagaszufuhr durch den Zentralkanal (4) in den Brennbereich des Hilfslichtbogens (6) so eingestellt wird, daß die Reynoldszahl zwischen 10 und 2300 liegt.14. A method for operating a plasma torch according to claims 1 to 13, characterized in that the plasma gas supply through the central channel (4) in the focal area of the auxiliary arc (6) is set so that the Reynolds number is between 10 and 2300. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmagaszufuhr so eingestellt wird, daß die Reynoldszahl zwischen 10 und 100 liegt.15. The method according to claim 14, characterized in that the plasma gas supply is adjusted so that the Reynolds number is between 10 and 100. 16. Verfahren zum Betreiben eines Plasmabrenners nach den Ansprüchen 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine Wechselstromquelle zur Aufrechterhaltung des Hilfslichtbogens, wobei der Haupt-und Hilfslichtbogen (8 bzw. 6) aus einer einzigen Stromquelle (14) gespeist werden.16. A method for operating a plasma torch according to claims 1 to 13, characterized by an alternating current source for maintaining the auxiliary arc, the main and auxiliary arcs (8 and 6) being fed from a single current source (14).
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