EP1323339A1 - Plasma torch, especially a plasma positive pole torch - Google Patents

Plasma torch, especially a plasma positive pole torch

Info

Publication number
EP1323339A1
EP1323339A1 EP01974296A EP01974296A EP1323339A1 EP 1323339 A1 EP1323339 A1 EP 1323339A1 EP 01974296 A EP01974296 A EP 01974296A EP 01974296 A EP01974296 A EP 01974296A EP 1323339 A1 EP1323339 A1 EP 1323339A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrode
plasma
plasma torch
cooling medium
torch according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP01974296A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1323339B1 (en
Inventor
Lars Kabatnik
Stefan Giessler
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.)
Dilthey Ulrich
Original Assignee
Dilthey Ulrich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dilthey Ulrich filed Critical Dilthey Ulrich
Publication of EP1323339A1 publication Critical patent/EP1323339A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1323339B1 publication Critical patent/EP1323339B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • H05H1/28—Cooling arrangements
    • 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
    • H05H1/3436—Hollow cathodes with internal coolant flow
    • 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
    • H05H1/3442—Cathodes with inserted tip
    • 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
    • H05H1/3457—Nozzle protection devices

Definitions

  • Plasma torch in particular plasma plus pole torch
  • the invention relates to a plasma torch, in particular a plasma pole-pole torch according to the preamble of claim 1.
  • Plus-polarized plasma torches are used to destroy the oxide layer formed on the surface when welding aluminum.
  • the very good cleaning effect of the positive pole technology avoids the inclusion of larger oxide residues in the weld pool, which can lead to defects in the weld seam.
  • This aluminum oxide layer forms within a short time when aluminum is stored due to the ambient air. Since the oxide layer is not conductive and has a high melting point, the arc becomes restless when the polarity-reversed plasma welding is carried out. This in turn forms non-conductive islands, which overall disrupts the uniformity of the welding process.
  • a plasma torch for plasma cutting and welding is already known with an electrode inserted in an electrode holder made of copper and a nozzle concentrically surrounding the electrode. Electrode and nozzle are electrically isolated from each other.
  • the tip of the electrode is designed as a truncated cone. a corresponding conical alignment of the inner lateral surface, which results in an annular gap for the plasma gas which decreases towards the tip of the plasma torch.
  • a cooling circuit is provided for cooling the burner, in which the Coolant first flows through the electrode and then through the nozzle. The cooling medium is fed centrally to the electrode in order to flow to the plasma nozzle via a one-sided channel.
  • a plasma torch is also known from EP 0 111 116 A2, the electrode of which in the front region has the shape of a truncated cone with a radius that decreases toward the end on the arc side.
  • the nozzle surrounding the electrode is designed such that an annular channel for the plasma gas is formed between the two components, the boundary surfaces of which converge towards one another in the region of the electrode tip in the direction of the arc.
  • the cooling of the electrode is indirect, with the result that the electrode can only be subjected to low thermal loads. With this burner, too, the electrode has a very long construction, so that tilting can again occur with the negative consequences described above.
  • a plasma torch is known with a truncated cone-shaped electrode and a funnel-shaped nozzle, the electrode and nozzle in turn forming an annular gap with a diameter towards the tip reduced.
  • the electrode is designed as a water-cooled hollow cone with an inlet and outlet for the cooling medium.
  • the object of the invention is to further develop a plasma torch of the type mentioned at the outset in such a way that the joining of light metals is possible even in the case of permanently positive polarity of the electrode in high power ranges.
  • a central supply of the cooling medium is provided for the electrode with respect to the longitudinal axis of the electrode and that the cooling medium is returned via at least two return channels arranged radially on the outside with respect to the longitudinal axis of the electrode.
  • the cooling medium reaches the inner walls of the conical cavity of the electrode and flows laminarly back into the at least two return lines without the formation of dead water.
  • the at least two, preferably a plurality of return channels should be arranged symmetrically over an annular circumference of the electrode holder, especially the cathode stick, which receives the electrode.
  • the outlet opening for the central supply of the cooling medium comes to lie close to the rear of the contact tip of the electrode.
  • the electrode is essentially limited to the frustoconical section and preferably has a longitudinal extension of approximately 30 mm.
  • the entire electrode is therefore relatively short, so that tilting when installing the electrode is largely excluded. Such tilting can namely lead to a deflection of the electrode from the central position, which in turn has a disruptive influence on the overall thermal load on the system and affects the stability of the arc.
  • the frustoconical electrode is detachably held on the electrode holder or cathode stick, for example by screwing, in a manner known per se, so that the worn electrodes can be replaced easily.
  • the electrode holder or the cathode stick has an outer contour adapted to the hollow-cone-shaped inner contour of the electrode, forming an annular channel for the backflow of the cooling medium.
  • This special design of the flow space for the cooling medium on the back of the electrode means that the cooling medium is forced, resulting in a laminar and uniform (back) flow of the cooling medium with maximum cooling effect.
  • the plasma gas is supplied centrally with outlet openings distributed symmetrically over the annular plasma channel. This results in an equalization of the plasma flow.
  • the plasma gas is usually supplied to the interior of the plasma nozzle on one side through a bore, in order then to achieve a concentric distribution of the plasma gas via a sintered ring as a gas distributor ring.
  • Another advantage of the arrangement according to the invention is that the plasma gas flow reacts very sensitively to changes in the gas volume flow, in that a changed setting of the gas flow also occurs directly at the tip of the torch and influences the formation of the weld seam that is formed.
  • the electrode tip can have an insert made of tungsten or similar high-melting alloys.
  • the invention adopts the fact that tungsten has a considerably higher melting point than copper alloys, but is also a poorer heat conductor than the copper alloy of the electrode. Due to the increasing thermal conductivity of the arrangement from the electrode tip to the main electrode body, a rapid dissipation of the thermal load is achieved. On the other hand, since tungsten has a higher melting point than the copper alloy of the electrode, the service life of the electrode is increased at the same time.
  • the electrode insert extends into the cooling medium space of the electrode.
  • the insert can be formed by pressing or pouring it into the electrode base body. By pressing or pouring the tungsten insert into the electrode, the tungsten insert is in direct contact with the cooling medium and concentric Dissipation of the heat at the tip of the tungsten via the electrode jacket to the cooling medium.
  • the electrode tip is in the form of an i protruding outwards from the frustoconical section. w. cylindrical extension, whereby the distance between the electrode tip and the workpiece is reduced to a minimum. Due to the compact design of the torch, the distance between the electrode tip and the workpiece can be kept so small that there is a direct flashover of the high-frequency ignition from the electrode to the workpiece, resulting in the formation of the plasma. As a result, a pilot arc for igniting the main arc can be dispensed with. This in turn helps to reduce the thermal load on the torch, since the pilot arc represents an additional thermal load.
  • the plasma gas enters the interior of the plasma gas nozzle via symmetrically distributed outlet openings, so that the gas flows are already preformed and do not have to be generated in the plasma nozzle channel as in the prior art.
  • This effect is also favored by the fact that the nozzle channel can be kept so short due to the good cooling of the plasma nozzle, and the distance between the electrode tip and the workpiece is so small that it can be ignited directly at high frequency.
  • the electrical insulation of the electrode from the plasma nozzle is carried out by at least one thermally sprayed-on layer.
  • a layer of aluminum oxide can be thermally sprayed onto the electrode consisting of copper or a copper alloy. This allows separate electrically insulating components omitted, so that a burner with a compact design is available. It may be advisable to apply an adhesive layer made of nickel chrome between the electrode and the oxide layer.
  • FIG. 1 shows a possible embodiment of a plasma plus pole burner according to the invention in a longitudinal section
  • FIG. 2 shows a cross-sectional illustration of the burner according to FIG. 1 along the section line C-C
  • FIG. 3a shows a longitudinal sectional view of the electrode according to FIG. 1,
  • Figure 3b is a longitudinal sectional view of another
  • FIG. 4 shows a longitudinal sectional view of the cathode stick according to FIG. 1,
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of the cathode stick according to FIGS. 1 and 4,
  • FIG. 6 shows the cathode stick along the section lines AA
  • FIG. 7 the cathode stick along the section line BB
  • Figure 8 is a cross-sectional view of the cathode stick according to Figure 7 along the section line D-D and
  • Figure 9 shows another embodiment of a cathode stick in a longitudinal sectional view.
  • the plasma torch shown in the figures has an electrode 1, which is releasably held on an electrode holder or cathode stick 6 with the interposition of a sealing ring 23.
  • the cathode stick 6 is in turn mounted on an unspecified torch base.
  • the electrode 1 has a frustoconical outer contour with a decreasing radius towards the end on the arc side.
  • the electrode 1 is surrounded concentrically by a plasma gas nozzle 2, the outer wall of the electrode 1 forming a tapering annular gap 3 for the plasma gas with the inner wall 25 of the plasma nozzle 2.
  • the plasma gas nozzle 2 which is also held on the cathode stick with the interposition of a sealing ring 26, is in turn concentrically surrounded by a protective gas nozzle 15, which can be plugged onto a suitably designed clamping seat of the burner tube 16.
  • An annular channel 17 for the protective gas is formed between the plasma gas nozzle 2 and the protective gas nozzle 15, a distributor ring 18 being inserted into the annular channel 17 for the equalization of the protective gas flow.
  • An insulating sleeve 27 is located between the protective gas nozzle 15 and the plasma nozzle 2 for electrical insulation.
  • the conical electrode 1 made of copper or a copper alloy is directly cooled from the inside.
  • a supply 4 for the cooling medium which is central with respect to the longitudinal axis of the electrode 1, is provided, the outlet opening 7 of the supply duct 4 extends directly to the rear 9 of the contact tip 8 of the electrode 1.
  • the supply channel 4 arranged in the cathode stick 6 has a connection 19 for the cooling medium, in particular a cooling liquid. For the return of the cooling medium are at the one selected here
  • Embodiment two opposite return channels 5 provided in the cathode stick 6. Due to the central supply of the cooling medium within the hollow electrode 1 and the cooling medium discharge via two channels 5 arranged opposite one another, a high flow rate of the cooling medium is achieved and the formation of dead water is avoided.
  • the flow rate of the cooling medium can be further improved in that the cathode stick 6 has an outer contour 10 adapted to the hollow-cone-shaped inner contour 11 of the electrode 1, with the formation of an annular channel for the return flows of the cooling medium, as shown in FIG. 9.
  • the plasma gas is likewise fed centrally via a feed channel 14 extending to the longitudinal axis of the burner, from which branching channels 20 extending in the radial direction branch off with outlet openings 12 opening into the annular channel 3 between the electrode 1 and the plasma gas nozzle 2.
  • These outlet openings 12 are symmetrical, in particular arranged in a star shape over the circumference of the ring channel 3, resulting in a concentric distribution of the plasma gas. It also ensures that the plasma gas flow reacts very sensitively to different settings of the gas volume flow.
  • Direct cooling to the bore area or the tip of the plasma gas nozzle 2 is also provided for the plasma gas nozzle 2, so that the plasma gas nozzle 2 has a high thermal load capacity.
  • a feed channel 21 and a return channel 22 is arranged in the burner base for the removal of the coolant.
  • the electrode 1 can have an insert 13 made of tungsten on its contact tip 8, as shown in FIG. 3b.
  • the composite of electrode 1 and insert 13 produced by pressing or pouring tungsten extends into the rear cooling medium space of electrode 1. Since tungsten is a poorer heat conductor than the copper alloy of electrode 1, the increasing thermal conductivity of the arrangement results from the electrode tip 9 a rapid dissipation of the thermal load towards the electrode body. Because of the higher melting point of tungsten compared to the copper alloy of electrode 1, the service life of electrode 1 is increased.
  • the electrode 1 is limited to the frustoconical section, so that tilting of the electrode 1 during assembly on the cathode stick 6 is largely excluded. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Abstract

The invention relates to a plasma torch, especially a plasma positive pole torch, comprising a preferably truncated electrode (1) which is cooled by a cooling agent, and a nozzle (2) which is concentric and electrically insulated in relation to the electrode (1), and likewise cooled by a cooling agent. A channel (3) for supplying the plasma gas is formed between the electrode (1) and the nozzle (2). The aim of the invention is to enable light metals to be joined even when the electrode has a permanently positive polarity in high power ranges. In order to achieve this, a cooling agent supply (4) is provided for the electrode (1), said supply being central in relation to the longitudinal axis of the electrode (1). The recirculation of the cooling agent is carried out by means of at least two recirculation channels (5) which are radially arranged towards the outside in relation to the longitudinal axis of the electrode.

Description

Bezeichnung: Plasmabrenner, insbesondere PlasmapluspolbrennerName: Plasma torch, in particular plasma plus pole torch
Beschreibungdescription
Die Erfindung bezieht sich auf einen Plasmabrenner, insbesondere einen Plasmapluspolbrenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a plasma torch, in particular a plasma pole-pole torch according to the preamble of claim 1.
Plusgepolte Plasmabrenner werden eingesetzt, um beim Schweißen von Aluminium die auf der Oberfläche gebildete Oxidschicht zu zerstören. Die sehr gute Reinigungswirkung des Pluspoltechnik vermeidet den Einschluß größerer Oxidrückstände im Schmelzbad, die zu Fehlern in der Schweißnaht führen können. Diese Aluminiumoxidschicht bildet sich bereits innerhalb kurzer Zeit bei der Lagerung von Aluminium aufgrund der Umgebungsluft. Da die Oxidschicht nicht leitfähig und hochschmelzend ist, wird der Lichtbogen beim minusgepolten Plasmaschweißen unruhig. Hierdurch bilden sich wiederum nichtleitende Inseln, was insgesamt die Gleichmäßigkeit des Schweißprozesses stört.Plus-polarized plasma torches are used to destroy the oxide layer formed on the surface when welding aluminum. The very good cleaning effect of the positive pole technology avoids the inclusion of larger oxide residues in the weld pool, which can lead to defects in the weld seam. This aluminum oxide layer forms within a short time when aluminum is stored due to the ambient air. Since the oxide layer is not conductive and has a high melting point, the arc becomes restless when the polarity-reversed plasma welding is carried out. This in turn forms non-conductive islands, which overall disrupts the uniformity of the welding process.
Marktübliche Brenner zum Pluspolschweißen von Aluminiumlegierungen sind in der Regel nur für relativ geringeStandard torches for positive pole welding of aluminum alloys are generally only available for relatively small ones
Strömstärken von < 100 A für den Betrieb mit permanenter Pluspolung der Elektrode ausgelegt.Currents of <100 A designed for operation with permanent positive polarity of the electrode.
Aus der DE 44 90 957 Tl ist bereits ein Plasmabrenner zum Plasmaschneiden und -schweißen bekannt mit einer in einen Elektrodenhalter aus Kupfer eingesetzten Elektrode und einer die Elektrode konzentrisch umgebenden Düse. Elektrode und Düse sind elektrisch gegeneinander isoliert. Die Spitze der Elektrode ist als Kegelstumpf ausgeführt mit. einer entsprechenden konischen Ausrichtung der Innenmantelfläche, wodurch sich ein zur Spitze des Plasmabrenners hin verringernder Ringspalt für das Plasmagas ergibt. Zur Kühlung des Brenners ist ein Kühlkreislauf vorgesehen, in dem das Kühlmedium zunächst die Elektrode und danach die Düse durchströmt. Dabei wird das Kühlmedium zentrisch der Elektrode zugeführt, um über einen einseitigen Kanal zur Plasmadüse zu strömen. Weiterhin ist es aus der DE 44 90 957 Tl bekannt, in den ebenen Abschnitt der kegelstumpfförmigen Elektrode eine Spitze aus einem Werkstoff mit hohem Schmelzpunkt einzusetzen.From DE 44 90 957 Tl a plasma torch for plasma cutting and welding is already known with an electrode inserted in an electrode holder made of copper and a nozzle concentrically surrounding the electrode. Electrode and nozzle are electrically isolated from each other. The tip of the electrode is designed as a truncated cone. a corresponding conical alignment of the inner lateral surface, which results in an annular gap for the plasma gas which decreases towards the tip of the plasma torch. A cooling circuit is provided for cooling the burner, in which the Coolant first flows through the electrode and then through the nozzle. The cooling medium is fed centrally to the electrode in order to flow to the plasma nozzle via a one-sided channel. Furthermore, it is known from DE 44 90 957 Tl to use a tip made of a material with a high melting point in the flat section of the frustoconical electrode.
Nachteilig hierbei ist, dass es zu keiner Vergleichmäßigung der Strömung des Kühlmediums kommt. Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Plasmabrenners ist die sehr lange Ausführung der Geometrie der Elektroden zwischen Befestigung bzw. Arretierung im Brenner und der Elektrodenspitze. Bei der Montage kann es hierdurch leicht zu Verkippungen kommen, die sich störend auf den Schweißprozeß auswirken und zusätzlich durch unsymmetrische Temperaturverteilung die Standzeit der Plasmadüse verringern. Schließlich sind zur Isolation zwischen Elektrode und Düse Keramikhülsen vorgesehen, die einen zusätzlichen Bauraum erfordern.The disadvantage here is that there is no equalization of the flow of the cooling medium. Another disadvantage of this known plasma torch is the very long design of the geometry of the electrodes between fastening or locking in the torch and the electrode tip. During assembly, this can easily lead to tilting, which has a disruptive effect on the welding process and additionally reduces the service life of the plasma nozzle due to asymmetrical temperature distribution. Finally, ceramic sleeves are provided for the insulation between the electrode and the nozzle, which require additional installation space.
Aus der EP 0 111 116 A2 ist ebenfalls ein Plasmabrenner bekannt, dessen Elektrode im vorderen Bereich die Form eines Kegelstumpfes mit zum lichtbogenseitigen Ende abnehmenden Radius aufweist. Die die Elektrode umgebende Düse ist derart ausgebildet, dass zwischen den beiden Bauteilen ein Ringkanal für das Plasmagas gebildet wird, dessen Begrenzungsflächen im Bereich der Elektrodenspitze in Richtung auf den Lichtbogen aufeinander zulaufen. Die Kühlung der Elektrode ist indirekt, mit der Folge, dass die Elektrode thermisch nur gering belastbar ist. Auch bei diesem Brenner baut die Elektrode sehr lang, so dass es wiederum zu Verkippungen mit den oben beschriebenen negativen Folgen kommen kann.A plasma torch is also known from EP 0 111 116 A2, the electrode of which in the front region has the shape of a truncated cone with a radius that decreases toward the end on the arc side. The nozzle surrounding the electrode is designed such that an annular channel for the plasma gas is formed between the two components, the boundary surfaces of which converge towards one another in the region of the electrode tip in the direction of the arc. The cooling of the electrode is indirect, with the result that the electrode can only be subjected to low thermal loads. With this burner, too, the electrode has a very long construction, so that tilting can again occur with the negative consequences described above.
Schließlich ist aus der DE-AS 1 449 541 ein Plasmabrenner bekannt mit kegelstumpfför ig ausgebildeter Elektrode und einer trichterförmigen Düse, wobei Elektrode und Düse wiederum einen Ringspalt bilden, der sich zur Spitze hin im Durchmesser reduziert. Die Elektrode ist als wassergekühlter Hohlkonus ausgebildet mit einem Zu- und Ablauf für das Kühlmedium. Bei dieser Ausbildung des Kühlkreislaufs ist jedoch die Gefahr von Totwasser gegeben, wodurch sich die thermische Belastbarkeit des Brenners erheblich verringert.Finally, from DE-AS 1 449 541 a plasma torch is known with a truncated cone-shaped electrode and a funnel-shaped nozzle, the electrode and nozzle in turn forming an annular gap with a diameter towards the tip reduced. The electrode is designed as a water-cooled hollow cone with an inlet and outlet for the cooling medium. With this design of the cooling circuit, however, there is a risk of dead water, which considerably reduces the thermal load capacity of the burner.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Plasmabrenner der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass das Fügen von Leichtmetallen auch bei permanent positiver Polung der Elektrode in hohen Leistungsbereichen möglicht ist.Proceeding from this, the object of the invention is to further develop a plasma torch of the type mentioned at the outset in such a way that the joining of light metals is possible even in the case of permanently positive polarity of the electrode in high power ranges.
Zur Lösung der Aufgabe ist es nach der Erfindung i. w. vorgesehen, dass eine bzgl. der Längsachse der Elektrode zentrale Zuführung des Kühlmediums für die Elektrode vorgesehen ist und das die Rückführung des Kühlmediums über wenigstens zwei bzgl. der Elektrodenlängsachse radial außen angeordneten Rückführkanäle erfolgt.To solve the problem it is i. w. It is provided that a central supply of the cooling medium is provided for the electrode with respect to the longitudinal axis of the electrode and that the cooling medium is returned via at least two return channels arranged radially on the outside with respect to the longitudinal axis of the electrode.
Hierdurch wird bereits eine i. w. gleichmäßige Kühlung der Elektrode erreicht. Das Kühlmedium gelangt an die Innenwandungen des kegelförmigen Hohlraumes der Elektrode und strömt laminar ohne Bildung von Totwasser in die wenigstens zwei Rückführungsleitungen zurück.As a result, an i. w. uniform cooling of the electrode achieved. The cooling medium reaches the inner walls of the conical cavity of the electrode and flows laminarly back into the at least two return lines without the formation of dead water.
Zur Vergleichmäßigung der Kühlwirkung sollen nach der Erfindung die wenigstens zwei, vorzugsweise mehreren Rückführkanäle symmetrisch über einen kreisringförmigen Umfang des die Elektrode aufnehmenden Elektrodenhalters, insbesondere des Kathodenstockes, angeordnet sein.In order to make the cooling effect more uniform, the at least two, preferably a plurality of return channels should be arranged symmetrically over an annular circumference of the electrode holder, especially the cathode stick, which receives the electrode.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Auslassöffnung für die zentrale Zuführung des Kühlmediums bis nahe an die Rückseite der Kontaktspitze der Elektrode zu liegen kommt. Durch die Zuführung des Kühlmediums bis direkt an die Rückseite der Elektrode wird das Kühlmedium exakt an die Position geführt, an der die maximale thermische Belastung auftritt. Gleichzeitig wird die maximale Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums an der Elektrodenspitze erreicht. Demgemäß wird durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung eine optimale Kühlwirkung erzielt.According to a further idea of the invention, it is provided that the outlet opening for the central supply of the cooling medium comes to lie close to the rear of the contact tip of the electrode. By supplying the cooling medium directly to the back of the electrode, the cooling medium becomes guided exactly to the position where the maximum thermal load occurs. At the same time, the maximum flow rate of the cooling medium is reached at the tip of the electrode. Accordingly, an optimal cooling effect is achieved by this configuration according to the invention.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Elektrode im wesentlichen auf den kegelstumpfförmigen Abschnitt beschränkt ist und vorzugsweise eine Längserstreckung von etwa 30 mm aufweist. Die gesamte Elektrode baut damit relativ kurz , so dass Verkippungen bei der Montage der Elektrode weitestgehend ausgeschlossen sind. Derartige Verkippungen können nämlich zu einer Auslenkung der Elektrode aus der zentrischen Position führen, was wiederum einen störenden Einfluß auf die thermische Gesamtbelastung des Systems hat und die Stabilität des Lichtbogens beeinträchtigt. Die kegelstumpfförmige Elektrode ist in an sich bekannter Weise an dem Elektrodenhalter bzw. Kathodenstock, bspw. durch Verschraubung, lösbar gehalten, so dass ein einfacher Austausch der verschlissenen Elektroden ermöglicht ist.According to a further embodiment of the invention, it is provided that the electrode is essentially limited to the frustoconical section and preferably has a longitudinal extension of approximately 30 mm. The entire electrode is therefore relatively short, so that tilting when installing the electrode is largely excluded. Such tilting can namely lead to a deflection of the electrode from the central position, which in turn has a disruptive influence on the overall thermal load on the system and affects the stability of the arc. The frustoconical electrode is detachably held on the electrode holder or cathode stick, for example by screwing, in a manner known per se, so that the worn electrodes can be replaced easily.
Nach einer wiederum anderen Ausgestaltung der Erfindung weist der Elektrodenhalter bzw. der Kathodenstock einen an die hohlkonusförmige Innenkontur der Elektrode angepasste Außenkontur unter Bildung eines Ringkanals für das Rückströmen des Kühlmediums. Durch diese spezielle Ausbildung des Strömungsraumes für das Kühlmedium auf der Rückseite der Elektrode ist eine Zwangsführung des Kühlmediums erreicht, mit der Folge einer laminaren und gleichmäßigen (Rück-) Strömung des Kühlmediums mit maximaler Kühlwirkung.According to yet another embodiment of the invention, the electrode holder or the cathode stick has an outer contour adapted to the hollow-cone-shaped inner contour of the electrode, forming an annular channel for the backflow of the cooling medium. This special design of the flow space for the cooling medium on the back of the electrode means that the cooling medium is forced, resulting in a laminar and uniform (back) flow of the cooling medium with maximum cooling effect.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine zentrische Zuführung des Plasmagases mit über den ringförmigen Plasmakanal symmetrisch verteilten Auslassöffnungen. Hierdurch ergibt sich eine Vergleichmäßigung des Plasmastromes. Demgegenüber wird beim Stand der Technik das Plasmagas üblicherweise einseitig durch eine Bohrung dem Innenraum der Plasmadüse zugeführt, um dann über einen Sinterring als Gasverteilerring eine konzentrische Verteilung des Plasmagases zu erreichen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist, dass die Plasmagasströmung sehr sensibel auf Änderung des Gasvolumenstromes reagiert, indem sich eine geänderte Einstellung der Gasströmung unmittelbar auch an der Spitze des Brenners einstellt und die Ausbildung der enstehenden Schweißnaht beeinflußt.According to a further embodiment of the invention, the plasma gas is supplied centrally with outlet openings distributed symmetrically over the annular plasma channel. This results in an equalization of the plasma flow. In contrast, in the prior art the plasma gas is usually supplied to the interior of the plasma nozzle on one side through a bore, in order then to achieve a concentric distribution of the plasma gas via a sintered ring as a gas distributor ring. Another advantage of the arrangement according to the invention is that the plasma gas flow reacts very sensitively to changes in the gas volume flow, in that a changed setting of the gas flow also occurs directly at the tip of the torch and influences the formation of the weld seam that is formed.
Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann die Elektrodenspitze einen Einsatz aus Wolfram o. dgl. hochschmelzenden Legierungen aufweisen. Hierbei macht sich die Erfindung zu eigen, dass Wolfram einen erheblich höheren Schmelzpunkt als Kupferlegierungen aufweist, allerdings auch ein schlechterer Wärmeleiter als die Kupferlegierung der Elektrode ist. Durch die zunehmende Wärmeleitfähigkeit der Anordnung von der Elektrodenspitze zum Elektrodengrundkörper hin wird eine schnelle Abführung der thermischen Belastung erreicht. Da andererseits Wolfram einen höheren Schmelzpunkt als die Kupferlegierung der Elektrode besitzt, wird gleichzeitig die Standzeit der Elektrode erhöht.According to another embodiment of the invention, the electrode tip can have an insert made of tungsten or similar high-melting alloys. Here, the invention adopts the fact that tungsten has a considerably higher melting point than copper alloys, but is also a poorer heat conductor than the copper alloy of the electrode. Due to the increasing thermal conductivity of the arrangement from the electrode tip to the main electrode body, a rapid dissipation of the thermal load is achieved. On the other hand, since tungsten has a higher melting point than the copper alloy of the electrode, the service life of the electrode is increased at the same time.
Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist es dabei vorgesehen, dass der Elektroden-Einsatz bis in den Kühlmediumraum der Elektrode reicht. Darüber hinaus kann der Einsatz durch Einpressen oder Eingießen in den Elektrodengrundkörper gebildet werden. Durch das Einpressen oder Eingießen des Wolframeinsatzes in die Elektrode findet zum einen eine direkte Kontaktierung des Wolframeinsatzes mit dem Kühlmedium statt und zum anderen eine konzentrische Abführung der Wärme an der Wolframspitze über den Elektrodenmantel zum Kühlmedium.According to a special embodiment of the invention, it is provided that the electrode insert extends into the cooling medium space of the electrode. In addition, the insert can be formed by pressing or pouring it into the electrode base body. By pressing or pouring the tungsten insert into the electrode, the tungsten insert is in direct contact with the cooling medium and concentric Dissipation of the heat at the tip of the tungsten via the electrode jacket to the cooling medium.
Nach einer wiederum anderen eigenständigen Ausführungsform der Erfindung ist die Elektrodenspitze als gegenüber dem kegelstumpfförmigen Abschnitt nach außen vorstehender i. w. zylindrischen Fortsatz ausgebildet, wodurch der Abstand zwischen Elektrodenspitze und Werkstück auf ein Minimum reduziert ist. Aufgrund der kompakten Bauweise des Brenners lässt sich der Abstand zwischen Elektrodenspitze und Werkstück so gering halten, dass ein direkter Überschlag der Hochfrequenzzündung von Elektrode zum Werkstück erfolgt und damit sich die Ausbildung des Plasmas ergibt. Hierdurch kann auf einen Pilotlichtbogen zum Zünden des Hauptlichtbogens verzichtet werden. Dies trägt wiederum zur Verringerung der thermischen Belastung des Brenners bei, da der Pilotlichtbogen eine zusätzliche thermische Belastung darstellt. Dabei wirkt sich von besonderem Vorteil aus, dass das Plasmagas über symmetrisch verteilte Auslassöffnungen in den Innenraum der Plasmagasdüse gelangt, so dass bereits eine Vorformung der Gasströme erfolgt und nicht wie beim Stand der Technik erst in dem Plasmadüsenkanal erzeugt werden muß. Dieser Effekt wird auch dadurch begünstigt, dass durch die gute Kühlung der Plasmadüse der Düsenkanal so kurz gehalten werden kann und damit der Abstand Elektrodenspitze zum Werkstück so gering wird, dass mit Hochfrequenz direkt gezündet werden kann.According to yet another independent embodiment of the invention, the electrode tip is in the form of an i protruding outwards from the frustoconical section. w. cylindrical extension, whereby the distance between the electrode tip and the workpiece is reduced to a minimum. Due to the compact design of the torch, the distance between the electrode tip and the workpiece can be kept so small that there is a direct flashover of the high-frequency ignition from the electrode to the workpiece, resulting in the formation of the plasma. As a result, a pilot arc for igniting the main arc can be dispensed with. This in turn helps to reduce the thermal load on the torch, since the pilot arc represents an additional thermal load. It is particularly advantageous that the plasma gas enters the interior of the plasma gas nozzle via symmetrically distributed outlet openings, so that the gas flows are already preformed and do not have to be generated in the plasma nozzle channel as in the prior art. This effect is also favored by the fact that the nozzle channel can be kept so short due to the good cooling of the plasma nozzle, and the distance between the electrode tip and the workpiece is so small that it can be ignited directly at high frequency.
Gemäß einer an sich eigenständigen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die elektrische Isolation der Elektrode gegenüber der Plasmadüse durch wenigstens eine thermisch aufgespritzte Schicht erfolgt. Bspw. kann auf die aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehende Elektrode eine Schicht aus Aluminiumoxid thermisch gespritzt werden. Hierdurch können separate elektrisch isolierende Bauteile entfallen, so dass ein Brenner mit kompakter Bauform zur Verfügung stellt. Dabei kann es sich empfehlen, zwischen Elektrode und Oxidschicht eine Haftschicht aus Nickelchrom zu applizieren.According to an embodiment of the invention which is in itself independent, it is provided that the electrical insulation of the electrode from the plasma nozzle is carried out by at least one thermally sprayed-on layer. For example. a layer of aluminum oxide can be thermally sprayed onto the electrode consisting of copper or a copper alloy. This allows separate electrically insulating components omitted, so that a burner with a compact design is available. It may be advisable to apply an adhesive layer made of nickel chrome between the electrode and the oxide layer.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.Further objectives, advantages, features and possible uses of the present invention result from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawings. All of the described and / or illustrated features, alone or in any meaningful combination, form the subject matter of the present invention, regardless of how they are summarized in the claims or their relationship.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Plasmapluspolbrenners in einem Längsschnitt,1 shows a possible embodiment of a plasma plus pole burner according to the invention in a longitudinal section,
Figur 2 eine Querschnittsdarstellung des Brenners gemäß Figur 1 längs der Schnittlinie C-C,FIG. 2 shows a cross-sectional illustration of the burner according to FIG. 1 along the section line C-C,
Figur 3a eine Längsschnittdarstellung der Elektrode gemäß Figur 1,FIG. 3a shows a longitudinal sectional view of the electrode according to FIG. 1,
Figur 3b eine Längsschnittdarstellung einer weiterenFigure 3b is a longitudinal sectional view of another
Ausführungsform einer Elektrode mit Wolframeinsatz,Embodiment of an electrode with tungsten insert,
Figur 4 eine Längsschnittdarstellung des Kathodenstockes gemäß Figur 1,FIG. 4 shows a longitudinal sectional view of the cathode stick according to FIG. 1,
Figur 5 eine Querschnittsdarstellung des Kathodenstockes gemäß Figuren 1 und 4,FIG. 5 shows a cross-sectional view of the cathode stick according to FIGS. 1 and 4,
Figur 6 den Kathodenstock längs der Schnittlinien A-A, Figur 7 den Kathodenstock längs der Schnittlinie B-B,FIG. 6 shows the cathode stick along the section lines AA, FIG. 7 the cathode stick along the section line BB,
Figur 8 eine Querschnittdarstellung des Kathodenstockes gemäß Figur 7 längs der Schnittlinie D-D undFigure 8 is a cross-sectional view of the cathode stick according to Figure 7 along the section line D-D and
Figur 9 eine weitere Ausführungsform eines Kathodenstockes in einer Längsschnittdarstellung.Figure 9 shows another embodiment of a cathode stick in a longitudinal sectional view.
Der in den Figuren dargestellte Plasmabrenner weist eine Elektrode 1 auf, welche unter Zwischenlage eines Dichtringes 23 lösbar an einem Elektrodenhalter bzw. Kathodenstock 6 gehalten ist. Der Kathodenstock 6 ist wiederum an einem nicht näher bezeichneten Brennergrundkorper montiert. Die Elektrode 1 weist eine kegelstumpfförmige Außenkontur auf mit zum lichtbogenseitigen Ende hin abnehmendem Radius. Die Elektrode 1 ist konzentrisch von einer Plasmagasdüse 2 umgeben, wobei die Außenwandung der Elektrode 1 mit der Innenwandung 25 der Plasmadüse 2 einen sich verjüngenden Ringspalt 3 für das Plasmagas bildet. Die Plasmagasdüse 2, welche unter Zwischenlage eines Dichtringes 26 ebenfalls am Kathodenstock gehalten ist, ist ihrerseits konzentrisch von einer Schutzgasdüse 15 umgeben, welche auf einen entsprechend ausgebildeten Klemmsitz des Brennerrohres 16 aufsteckbar ist. Zwischen Plasmagasdüse 2 und Schutzgasdüse 15 ist ein Ringkanal 17 für das Schutzgas gebildet, wobei für die Vergleichmäßigung der Schutzgasströmung ein Verteilerring 18 in den Ringkanal 17 eingesetzt ist. Zwischen Schutzgasdüse 15 und Plasmadüse 2 befindet sich zur elektrischen Isolation eine Isolierhülse 27.The plasma torch shown in the figures has an electrode 1, which is releasably held on an electrode holder or cathode stick 6 with the interposition of a sealing ring 23. The cathode stick 6 is in turn mounted on an unspecified torch base. The electrode 1 has a frustoconical outer contour with a decreasing radius towards the end on the arc side. The electrode 1 is surrounded concentrically by a plasma gas nozzle 2, the outer wall of the electrode 1 forming a tapering annular gap 3 for the plasma gas with the inner wall 25 of the plasma nozzle 2. The plasma gas nozzle 2, which is also held on the cathode stick with the interposition of a sealing ring 26, is in turn concentrically surrounded by a protective gas nozzle 15, which can be plugged onto a suitably designed clamping seat of the burner tube 16. An annular channel 17 for the protective gas is formed between the plasma gas nozzle 2 and the protective gas nozzle 15, a distributor ring 18 being inserted into the annular channel 17 for the equalization of the protective gas flow. An insulating sleeve 27 is located between the protective gas nozzle 15 and the plasma nozzle 2 for electrical insulation.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, ist die kegelförmige, aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehende Elektrode 1 von innen direkt gekühlt. Hierfür ist eine bzgl. der Längsachse der Elektrode 1 zentrale Zuführung 4 für das Kühlmedium vorgesehen, wobei die Auslassöffnung 7 des Zuführungskanals 4 bis unmittelbar an die Rückseite 9 der Kontaktspitze 8 der Elektrode 1 reicht. Der im Kathodenstock 6 angeordnete Zuführungskanal 4 weist einen Anschluß 19 für das Kühlmedium, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, auf. Für die Rückführung des Kuhlmediums sind bei dem hier gewähltenAs can be seen from FIG. 1, the conical electrode 1 made of copper or a copper alloy is directly cooled from the inside. For this purpose, a supply 4 for the cooling medium, which is central with respect to the longitudinal axis of the electrode 1, is provided, the outlet opening 7 of the supply duct 4 extends directly to the rear 9 of the contact tip 8 of the electrode 1. The supply channel 4 arranged in the cathode stick 6 has a connection 19 for the cooling medium, in particular a cooling liquid. For the return of the cooling medium are at the one selected here
Ausführungsbeispiel zwei gegenüberliegende Rückführkanäle 5 im Kathodenstock 6 vorgesehen. Durch die zentrische Zuführung des Kühlmediums innerhalb der Hohlelektrode 1 und die Kühlmediumabfuhr über zwei gegenüberliegend angeordnete Kanäle 5 wird eine hohe Fließgeschwindigkeit des Kühlmediums erreicht und die Bildung von Totwasser vermieden.Embodiment two opposite return channels 5 provided in the cathode stick 6. Due to the central supply of the cooling medium within the hollow electrode 1 and the cooling medium discharge via two channels 5 arranged opposite one another, a high flow rate of the cooling medium is achieved and the formation of dead water is avoided.
Die Fließgeschwindigkeit des Kühlmediums kann noch dadurch verbessert werden, dass der Kathodenstock 6 eine an die hohlkonusförmige Innenkontur 11 der Elektrode 1 angepaßte Außenkontur 10 unter Bildung eines Ringkanals für die Rückströmen des Kühlmediums aufweist, wie dies in Figur 9 dargestellt ist.The flow rate of the cooling medium can be further improved in that the cathode stick 6 has an outer contour 10 adapted to the hollow-cone-shaped inner contour 11 of the electrode 1, with the formation of an annular channel for the return flows of the cooling medium, as shown in FIG. 9.
Die Zuführung des Plasmagases erfolgt ebenfalls zentrisch über einen zur Längsachse des Brenners sich erstreckenden Zuführungskanal 14, von welchem in radialer Richtung sich erstreckende Verteilerkanäle 20 abzweigen mit in den Ringkanal 3 zwischen Elektrode 1 und Plasmagasdüse 2 mündenden Auslassöffnungen 12. Diese Auslassöffnungen 12 sind symmetrisch, insbesondere sternförmig über den Umfang des Ringkanals 3 verteilt angeordnet, wodurch sich eine konzentrische Verteilung des Plasmagases ergibt. Darüber hinaus in sichergestellt, dass die Plasmagasströmung sehr sensibel auf unterschiedliche Einstellungen des Gasvolumenstromes reagiert.The plasma gas is likewise fed centrally via a feed channel 14 extending to the longitudinal axis of the burner, from which branching channels 20 extending in the radial direction branch off with outlet openings 12 opening into the annular channel 3 between the electrode 1 and the plasma gas nozzle 2. These outlet openings 12 are symmetrical, in particular arranged in a star shape over the circumference of the ring channel 3, resulting in a concentric distribution of the plasma gas. It also ensures that the plasma gas flow reacts very sensitively to different settings of the gas volume flow.
Auch für die Plasmagasdüse 2 ist eine direkte Kühlung bis in den Bohrungsbereich bzw. die Spitze der Plasmagasdüse 2 vorgesehen, so dass eine hohe thermische Belastbarkeit der Plasmagasdüse 2 gegeben ist. Für die Zuführung zur Plasmagasdüse 2 ist ein Zuführungskanal 21 und für die Abführung des Kühlmittels ein Rücklaufkanal 22 im Brennergrundkorper angeordnet.Direct cooling to the bore area or the tip of the plasma gas nozzle 2 is also provided for the plasma gas nozzle 2, so that the plasma gas nozzle 2 has a high thermal load capacity. For feeding to Plasma gas nozzle 2 is a feed channel 21 and a return channel 22 is arranged in the burner base for the removal of the coolant.
Zur Verbesserung der Wärmeableitung und gleichzeitigen Erhöhung der Standzeit kann die Elektrode 1 entsprechend Figur 3b an ihrer Kontaktspitze 8 einen Einsatz 13 aus Wolfram aufweisen. Der durch Einpressen oder Eingießen von Wolfram hergestellte Verbund von Elektrode 1 und Einsatz 13 reicht bis in den rückwärtigen Kühlmediumraum der Elektrode 1. Da Wolfram ein schlechterer Wärmeleiter als die Kupferlegierung der Elektrode 1 ist, ergibt sich durch die zunehmende Wärmeleitfähigkeit der Anordnung von der Elektrodenspitze 9 zum Elektrodengrundkörper hin eine schnelle Abführung der thermischen Belastung. Wegen des höheren Schmelzpunktes von Wolfram gegenüber der Kupferlegierung der Elektrode 1 ist eine Erhöhung der Standzeit der Elektrode 1 erreicht.To improve the heat dissipation and at the same time increase the service life, the electrode 1 can have an insert 13 made of tungsten on its contact tip 8, as shown in FIG. 3b. The composite of electrode 1 and insert 13 produced by pressing or pouring tungsten extends into the rear cooling medium space of electrode 1. Since tungsten is a poorer heat conductor than the copper alloy of electrode 1, the increasing thermal conductivity of the arrangement results from the electrode tip 9 a rapid dissipation of the thermal load towards the electrode body. Because of the higher melting point of tungsten compared to the copper alloy of electrode 1, the service life of electrode 1 is increased.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, bedarf es für die elektrische Isolation der Elektrode 1 gegenüber der Plasmagasdüse 2 keines gesonderten Bauteiles. Vielmehr weist die Elektrode 1 zur Plasmagasdüse 2 hin eine thermisch aufgespritzte Isolierschicht aus Aluminiumoxid auf. Insgesamt ergibt sich damit eine kompakte Bauweise des Brenners, wodurch sich der Abstand zwischen der Vorderseite der Elektrodenspitze 28 und Werkstück so gering halten lässt, dass unter Verzicht auf einen Pilotlichtbogen mit Hilfe der Hochfrequenz direkt gezündet werden kann.As can be seen from FIG. 1, no separate component is required for the electrical insulation of the electrode 1 from the plasma gas nozzle 2. Rather, the electrode 1 towards the plasma gas nozzle 2 has a thermally sprayed insulating layer made of aluminum oxide. Overall, this results in a compact design of the torch, as a result of which the distance between the front of the electrode tip 28 and the workpiece can be kept so small that a pilot arc can be ignited directly using the high frequency.
Wie weiterhin aus Figur 1 zu entnehmen, ist die Elektrode 1 i. w. auf den kegelstumpfförmigen Abschnitt beschränkt, so dass Verkippungen der Elektrode 1 bei der Montage an dem Kathodenstock 6 weitestgehend ausgeschlossen sind. BezugszeichenlisteAs can also be seen from FIG. 1, the electrode 1 is limited to the frustoconical section, so that tilting of the electrode 1 during assembly on the cathode stick 6 is largely excluded. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 - Elektrode1 - electrode
2 - Plasmadüse2 - plasma nozzle
3 - Plasmagaskanal3 - plasma gas channel
4 - Kühlmittelzuführung, Zuführungskanal4 - Coolant supply, supply channel
5 - Kühlmittelrückführkanal5 - Coolant return duct
6 - Elektrodenhalter, Kathodenstock6 - electrode holder, cathode stick
7 - Auslassöffnung7 - outlet opening
8 - Elektrodenspitze8 - electrode tip
9 - Rückseite der Elektrodenspitze9 - back of the electrode tip
10 - Mantelfläche (Kathodenstock)10 - lateral surface (cathode stick)
11 - Innenmantelfläche (Elektrode)11 - inner surface (electrode)
12 - Gasauslassöffnung12 - Gas outlet opening
13 - Wolframeinsatz13 - Tungsten insert
14 - PlasmagasZuführung14 - Plasma gas supply
15 - Schutzgasdüse15 - shielding gas nozzle
16 - Brennerrohr16 - burner tube
17 - Ringkanal17 - ring channel
18 - Verteilerring18 - distributor ring
19 - Anschluß für Kühlmedium19 - Connection for cooling medium
20 - Verteilerkanal für Plasmagas20 - distribution channel for plasma gas
21 - Zuführungskanal für Kühlmittel zur Plasmagasdüse 22 - Abführungskanal für Kühlmittel zur Plasmagasdüse21 - Coolant supply duct to the plasma gas nozzle 22 - Coolant discharge duct to the plasma gas nozzle
23 - Dichtring23 - sealing ring
24 - Außenmantelfläche der Elektrode24 - outer surface of the electrode
25 - Innenwandung der Plasmagasdüse25 - inner wall of the plasma gas nozzle
26 - Dichtring26 - sealing ring
27 - Isolierhülse27 - insulating sleeve
28 - Vorderseite der Elektrodenspitze 28 - Front of the electrode tip

Claims

Patentansprüche claims
1. Plasmabrenner, insbesondere Plasma-Pluspolbrenner, mit einer mittels eines Kühlmediums gekühlten, vorzugsweise kegelstumpfförmigen Elektrode (1) und einer die Elektrode (1) konzentrisch, gegenüber der Elektrode (1) elektrisch isolierten und ebenfalls mit eines Kühlmediums gekühlten Düse (2) , wobei zwischen Elektrode (1) und Düse (2) ein Kanal (3) für die Zuführung des Plasmagases gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine bzgl. der Längsachse der Elektrode (1) zentrale Zuführung (4) des Kühlmediums für die Elektrode (1) vorgesehen ist und das die Rückführung des Kühlmediums über wenigstens zwei bzgl. der Elektrodenlängsachse radial außen angeordneten Rückführkanäle (5) erfolgt.1. plasma torch, in particular plasma positive-pole torch, with an electrode (1) cooled by means of a cooling medium, preferably a truncated cone, and an electrode (1) concentric, electrically insulated from the electrode (1) and likewise cooled with a cooling medium, wherein a channel (3) for supplying the plasma gas is formed between the electrode (1) and nozzle (2), characterized in that a supply (4) of the cooling medium for the electrode (1.) is central with respect to the longitudinal axis of the electrode (1) ) is provided and that the cooling medium is returned via at least two return channels (5) arranged radially on the outside with respect to the longitudinal axis of the electrodes.
2. Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei, vorzugsweise mehreren Rückführkanäle (5) symmetrisch über den kreisförmigen Umfang des die Elektrode (1) aufnehmenden Elektrodenhalters (6), insbesondere des Kathodenstockes, angeordnet sind.2. Plasma torch according to claim 1, characterized in that the at least two, preferably a plurality of return channels (5) are arranged symmetrically over the circular circumference of the electrode holder (6) receiving the electrode (1), in particular the cathode stick.
3. Plasmabrenner nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (7) für die Zuführung (4) des Kühlmediums bis nahe an die Rückseite (9) der Kontaktspitze (8) der Elektrode (1) zu liegen kommt.3. Plasma torch according to claim 1 or 2, characterized in that the outlet opening (7) for the supply (4) of the cooling medium comes to lie close to the rear (9) of the contact tip (8) of the electrode (1).
4. Plasmabrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der die Elektrode (1) aufnehmende Elektrodenhalter bzw. der Kathodenstock eine kegelstumpfförmige äußere Mantelfläche (10) aufweist, welche mit der kegelstumpfförmigen Innenmantelfläche der Elektrode (1) einen Ringkanal für das Rückströmen des Kühlmediums zu den wenigstens zwei Rückführkanälen (5) bildet. 4. Plasma torch according to one of the preceding claims, characterized in that the electrode holder (1) receiving the electrode holder or the cathode stick has a truncated cone-shaped outer surface (10) which with the frustoconical inner surface of the electrode (1) is an annular channel for the backflow of the Cooling medium to the at least two return channels (5) forms.
5. Plasmabrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zentrische Zuführung (14) des Plasmagases mit über den ringförmigen Kanal (3) zwischen Elektrode (1) und Düse (2) mittels symmetrisch über den Umfang des Ringkanals (3) verteilt angeordnete Auslassöffnungen (12) erfolgt.5. Plasma torch according to one of the preceding claims, characterized in that a central feed (14) of the plasma gas with the annular channel (3) between the electrode (1) and nozzle (2) by means of symmetrically distributed over the circumference of the ring channel (3) arranged outlet openings (12).
6. Plasmabrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorzugsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehende Elektrode (1) an ihrer Kontaktspitze (8) einen Einsatz (13) aus Wolfram o. dgl. hochschmelzenden Legierungen aufweist.6. Plasma torch according to one of the preceding claims, characterized in that the electrode (1), preferably made of copper or a copper alloy, has an insert (13) made of tungsten or the like. High-melting alloys on its contact tip (8).
7. Plasmabrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (13) bis in den rückwärtigen Kühlmediumraum der Elektrode (1) reicht.7. Plasma torch according to claim 7, characterized in that the insert (13) extends into the rear cooling medium space of the electrode (1).
8. Plasmabrenner nach Anspruch 7 oder 8 , dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (13) durch Einpressen oder Eingießen des jeweiligen Materials in den Elektrodengrundkörper erfolgt.8. Plasma torch according to claim 7 or 8, characterized in that the insert (13) is carried out by pressing or pouring the respective material into the electrode base body.
9. Plasmabrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenspitze (8) als gegenüber dem kegelstumpfförmigem Abschnitt der Elektrode (1) nach außen vorstehender, ggf. zylindrischer Fortsatz ausgebildet ist.9. Plasma torch according to one of the preceding claims, characterized in that the electrode tip (8) is designed as a possibly cylindrical extension protruding outwards from the truncated cone-shaped section of the electrode (1).
10» Plasmabrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (1) eine, vorzugsweise thermisch aufgespritzte Isolationsschicht, vorzugsweise aus Aluminiumoxid, zur Isolation gegenüber der Düse (2) aufweist.10 »Plasma torch according to one of the preceding claims, characterized in that the electrode (1) has a, preferably thermally sprayed on insulation layer, preferably made of aluminum oxide, for insulation from the nozzle (2).
11 Plasmabrenner nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Elektrode (1) und der Isolationsschicht eine Haftschicht, vorzugsweise aus Nickelchrom, appliziert ist. 11 plasma torch according to claim 10, characterized in that between the electrode (1) and the insulation layer an adhesive layer, preferably made of nickel chrome, is applied.
EP01974296A 2000-09-25 2001-09-25 Plasma torch, especially a plasma positive pole torch Expired - Lifetime EP1323339B1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10047696 2000-09-25
DE10047696A DE10047696A1 (en) 2000-09-25 2000-09-25 Plasma positive pole torch for high performance ranges
PCT/EP2001/011091 WO2002026005A1 (en) 2000-09-25 2001-09-25 Plasma torch, especially a plasma positive pole torch

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP1323339A1 true EP1323339A1 (en) 2003-07-02
EP1323339B1 EP1323339B1 (en) 2004-12-22

Family

ID=7657707

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP01974296A Expired - Lifetime EP1323339B1 (en) 2000-09-25 2001-09-25 Plasma torch, especially a plasma positive pole torch

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP1323339B1 (en)
AT (1) ATE285662T1 (en)
DE (2) DE10047696A1 (en)
WO (1) WO2002026005A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7204830B2 (en) 2004-04-12 2007-04-17 Uni-Charm Corporation Disposable absorbent article with standing barrier cuffs, pocket, and folding guides for separating feces from urine

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017008662A1 (en) * 2017-09-14 2019-03-14 Linde Aktiengesellschaft Nanofluid cooling for plasma torches

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3242305A (en) * 1963-07-03 1966-03-22 Union Carbide Corp Pressure retract arc torch
US4127760A (en) * 1975-06-09 1978-11-28 Geotel, Inc. Electrical plasma jet torch and electrode therefor
US4369919A (en) * 1980-10-31 1983-01-25 Npk Za Kontrolno Zavarachni Raboti Plasma torch for processing metals in the air and under water
DE3241476A1 (en) * 1982-11-10 1984-05-10 Fried. Krupp Gmbh, 4300 Essen METHOD FOR INTRODUCING IONIZABLE GAS INTO A PLASMA OF AN ARC BURNER, AND PLASMA TORCHER FOR CARRYING OUT THE METHOD
JP2591371Y2 (en) * 1993-02-24 1999-03-03 株式会社小松製作所 Plasma arc torch
US5416296A (en) * 1994-03-11 1995-05-16 American Torch Tip Company Electrode for plasma arc torch

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO0226005A1 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7204830B2 (en) 2004-04-12 2007-04-17 Uni-Charm Corporation Disposable absorbent article with standing barrier cuffs, pocket, and folding guides for separating feces from urine

Also Published As

Publication number Publication date
EP1323339B1 (en) 2004-12-22
WO2002026005A1 (en) 2002-03-28
ATE285662T1 (en) 2005-01-15
DE50104901D1 (en) 2005-01-27
DE10047696A1 (en) 2002-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0585203B1 (en) Plasma spray gun
US3294953A (en) Plasma torch electrode and assembly
EP0500492B1 (en) Plasma spray gun for spraying powdered or gaseous materials
DE102008018530A1 (en) A nozzle for a liquid-cooled plasma torch, arrangement of the same and a nozzle cap and liquid-cooled plasma torch with such an arrangement
DE2306022B2 (en) Plasma torch with axial supply of the stabilizing gas
DE4030541C2 (en) Burner for coating base materials with powdered filler materials
EP2855071B1 (en) Torch for tungsten inert gas welding
EP2667689B1 (en) Electrode for plasma cutting torch and use of same
EP0168810B1 (en) Torch for plasma-mig welding
EP2457681B1 (en) Torch for tungsten inert gas welding and electrode to be used in such torch
DE2633510C3 (en) Plasmatron
EP1323339B1 (en) Plasma torch, especially a plasma positive pole torch
DE19828633A1 (en) Liquid-cooled electric-arc welding or cutting torch, especially plasma or TIG torch
WO2020144046A1 (en) Gas nozzle for the outflow of a protective gas stream, and torch with a gas nozzle
WO2019057517A2 (en) Torch body for thermal joining
EP0933982B1 (en) Plasma generator device
EP0094984A1 (en) Arc welding or cutting torch
DE4314099C2 (en) Arc welding or cutting torch and electrode holder therefor
EP0794696B1 (en) Plasma torch for gas shielded arc welding with water cooled non consumable electrode
DE19935468A1 (en) Plasma spraying device
DE102017216440A1 (en) TIG torch for welding, soldering or coating
AT500756B1 (en) PLASMA-MIG / MAG TORCH
AT407022B (en) Plasma welding torch
DE202019100124U1 (en) Gas nozzle for the outflow of a protective gas stream and burner neck with a gas nozzle
DE102008022718A1 (en) Plasma torch for plasma applications e.g. powder coatings and welding and cutting, comprises a plasma nozzle, an anode, intake ports for process gas, and an electrode acting as cathode

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20021130

AK Designated contracting states

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: GIESSLER, STEFAN

Inventor name: KABATNIK, LARS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20031205

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT;WARNING: LAPSES OF ITALIAN PATENTS WITH EFFECTIVE DATE BEFORE 2007 MAY HAVE OCCURRED AT ANY TIME BEFORE 2007. THE CORRECT EFFECTIVE DATE MAY BE DIFFERENT FROM THE ONE RECORDED.

Effective date: 20041222

Ref country code: NL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20041222

Ref country code: FI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20041222

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20041222

Ref country code: ES

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20041222

Ref country code: TR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20041222

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20041222

Ref country code: IE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20041222

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: GERMAN

REF Corresponds to:

Ref document number: 50104901

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20050127

Kind code of ref document: P

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20050322

Ref country code: DK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20050322

Ref country code: GR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20050322

NLV1 Nl: lapsed or annulled due to failure to fulfill the requirements of art. 29p and 29m of the patents act
GBV Gb: ep patent (uk) treated as always having been void in accordance with gb section 77(7)/1977 [no translation filed]

Effective date: 20041222

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FD4D

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CY

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20050925

Ref country code: AT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20050925

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CH

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20050930

Ref country code: MC

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20050930

Ref country code: LI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20050930

Ref country code: LU

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20050930

Ref country code: BE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20050930

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed

Effective date: 20050923

EN Fr: translation not filed
REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: PL

BERE Be: lapsed

Owner name: *DILTHEY ULRICH

Effective date: 20050930

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: PT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20050522

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 20080930

Year of fee payment: 8

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20100401