EP2060160B1 - Plasmabrennerkopf, plasmabrennerschaft und plasmabrenner - Google Patents
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- EP2060160B1 EP2060160B1 EP07801233A EP07801233A EP2060160B1 EP 2060160 B1 EP2060160 B1 EP 2060160B1 EP 07801233 A EP07801233 A EP 07801233A EP 07801233 A EP07801233 A EP 07801233A EP 2060160 B1 EP2060160 B1 EP 2060160B1
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Definitions
- the present invention relates to a plasma torch head comprising at least one fluid passage, an electrode, a nozzle, a power line, and a bearing surface on a support side, plasma torch shaft comprising at least a gas supply line, a power supply line, at least one fluid passage, a power line, and a bearing surface on one A support side and plasma torch having at least one gas, electrode, nozzle and power supply line supply line, the plasma torch comprising a plasma torch shaft including at least a first fluid passage, a first power line and a first bearing surface on a support side, and a plasma torch head includes at least a second fluid passage, a second power line and a second bearing surface on a support side, wherein the first and second bearing surfaces axially rest against each other and the at least one first Fluidd urchlador is in fluid communication with the at least one second fluid passage and the first power line is in electrical communication with the second power line,
- Plasma torches are known, which can be connected to one another from a plasma torch shaft and a plasma torch head, which can be connected to one another using a quick-change closure. consist.
- the plasma torch head contains the parts of the plasma torch that quickly wear out as a result of operation and need to be replaced more frequently. These are above all the electrode, the nozzle and the protective cap. But even in the case of changing uses of the plasma process, for example, between the cutting of structural steel and the cutting of stainless steel, the change from one plasma torch cutting head to another may be necessary. To realize this quickly, a quick-change lock is useful.
- a plasma torch which consists of a plasma torch, an attachable connector and a plasma burner head.
- the plasma torch has an outstanding from the coupling surface locking pin and a correspondingly formed on the opposite coupling surface bore into which the locking pin is inserted with accurate radial adjustment.
- the plasma torch shaft and the connecting piece are connected by means of a slidable on the plasma torch sleeve sleeve with guide pins which are inserted into corresponding axially and radially formed guide grooves in the connecting piece, bayonet-like under axial pressure with radial movement of the sleeve.
- the arc plasma burner consists of an arc plasma burner shaft and an arc plasma burner head.
- An overall positioning guide is used to initially align the arc plasma torch to a receptacle.
- the receptacle may be a bevelled edge.
- the receptacle has two apertures with a receiving end and a top dimensioned to receive alignment pins of one diameter.
- the alignment pins simultaneously have openings that are a gas or a liquid let through.
- the surface diameter is larger than the passage diameter and thereby can compensate for minor misalignments.
- a central passage is also sized and may also pass a gas or a liquid.
- Incorrect positioning may damage the alignment pins if, after threading the center passage, a force acts in the axial direction of the arc plasma torch. It may lead to leaks when using the alignment pins as a passageway for a gas or liquid. Damage to the alignment pins complicates the later positioning and merging of the components of the arc plasma torch, especially when low tolerance of the axes of the arc plasma torch head and the receptacle are required.
- Another plasma burner head comprising a fluid passage, an electrode, a nozzle, a power line and a bearing surface on a support side is in the document US-A-5,624,586 disclosed.
- the invention is therefore based on the object to provide a quick change facility for the plasma burner head.
- the power line may be integrated in the fluid passages and / or carried out separately.
- At least three fluid passages namely for the supply of gas, such as plasma gas, and supply and return of coolant are provided.
- the plasma torch heads and shafts may be plasma cutting or plasma welding heads or shafts.
- the plasma torch may be a plasma cutting or welding torch.
- the sum of two adjacent center angles is ⁇ 170 °.
- n 5 and the sum of two adjacent center-point angles is not repeated.
- the plasma burner head contains four fluid passages.
- the at least one fluid passage is provided with a plug.
- the power line is also provided with a plug.
- recesses are rectangular grooves.
- the grooves may also have any other shape, for example, arcuate, triangular, etc.
- a supply line for secondary gas is additionally provided and the plasma burner shaft contains four fluid passages.
- the at least one fluid passage is provided with a bushing.
- the power line is also provided with a socket.
- a circumferential radially outwardly extending chamfer may be provided on the inner surface of the cylinder wall in the direction of the support side in front of the projections.
- a supply line for secondary gas is additionally provided and the plasma burner shaft contains four first fluid passages and the plasma burner head has four second fluid passages.
- the coolant is water.
- the at least one first fluid passage is provided with a bushing.
- the at least one second fluid passage is expediently provided with a plug.
- the first power line is provided with a socket.
- the second power line is conveniently provided with a plug.
- a cohesion device is provided for holding together the plasma burner head and the plasma burner shaft.
- the cohesion device comprises a clamping sleeve.
- a particular embodiment of the plasma torch is characterized in that the plasma burner head has the first cylinder wall and plasma torch shaft has the second cylinder wall.
- the invention is based on the surprising finding that a simple and quick assembly of the plasma burner head and the plasma torch shaft without tilting is achieved by the special number and arrangements of projections and corresponding recesses.
- the annular surface must simply be brought into abutment with the projections, that is brought into a joining position, and thereafter rotated relative to the projections, until the joining position is reached, in which the projections and recesses engage with each other with an axially acting force. This is particularly advantageous in situations where the plasma torches are clamped and not optically accessible.
- the quick change of the plasma burner head can be done blind, so to speak.
- the invention provides a quick change port between plasma torch head and plasma torch shaft with anti-rotation, low tolerance between the axes of the plasma torch head and plasma torch shaft and high centricity.
- the fluid passages for both the gas, such as plasma and secondary gas, as well as for the cooling medium can also be used for power transmission.
- a plasma cutting torch 1 comprises a plasma cutting torch head 2 and a plasma cutting torch shaft 3.
- the plasma cutting burner head 2 has a first support surface (not shown), a water supply plug 241, a water return plug 242, a plasma gas plug 243, a secondary gas plug 244, and a pilot power plug 245.
- the plugs 241 to 245 are provided with holes (not marked) for the passage of gas or liquids.
- the plasma cutting burner shaft 3 has a second support surface (not shown), a water return bushing 341, a water feed bushing 342, a plasma gas bushing 343, a secondary gas bushing 344, and a pilot flow bushing 345.
- the plugs 241 to 245 and the sockets 341 to 345 form a quick change interface.
- the plugs or a portion thereof may be disposed on the plasma cutting firing shaft and the bushings on the plasma cutting firing head. The necessary for the supply fluid passages and power lines in the plasma cutting burner head 2 and in the plasma cutting torch 3 are not shown in detail.
- the plasma cutting burner head 2 has on its support side a first cylinder wall 21 with an outer surface 21a and an annular surface 22 and an outer diameter D21a.
- the plasma cutting burner shaft 3 has on its support side a second cylinder wall 31 with an inner surface 31a and an inner diameter D31a, where D31a> D21a.
- the latter has a large clearance S in the joining position (see FIGS. 6a, 6d, 6e and 6f ).
- the plasma cutting burner shaft 3 on its inner surface 31a circumferentially five identical rectangular lugs 331, 332, 333, 334 and 335 and the plasma cutting burner head 2 has five same correspondingly shaped and arranged rectangular grooves 231, 232, 233, 234 and 235 on its outer surface 21a on.
- the lugs 331 to 335 and grooves 231 to 235 are arranged in the axial direction so that when connecting the plasma cutting burner shaft 3 with the plasma cutting burner head 2, only the grooves and lugs are brought into engagement before the first bearing surface and the second bearing surface come to rest.
- the annular surface 22 of the plasma cutting burner head 2 When introducing the plasma cutting burner head 2 into the plasma cutting burner shaft 3, the annular surface 22 of the plasma cutting burner head 2 usually strikes the lugs 331 to 335 (see FIG FIG. 4a ). The plasma cutting burner head 2 and the plasma cutting burner shaft 3 are thus in the joining position.
- the lugs 331 to 335 with the broken by the grooves 231 to 235 annular surface 22 of the plasma cutting burner head in each position except the Connection (see FIG. 4b ) to each other a virtual surface A.
- the grooves 231 to 235 are always arranged with the exception of the joining position so that the resting on the annular surface 22 of the plasma cutting burner head 2 noses (in FIG. 4a the lugs 331, 333, 334 and 335) form a square with the surface A, in which the center axis M of the plasma cutting burner 1 is located (see FIG. 4a ).
- the plasma cutting burner shaft 3 and the plasma cutting burner head 2 can be rotated against each other as desired until the joining position has been reached.
- the plasma cutting burner head 2 slips into the plasma cutting burner shaft 3 when the force is acting axially, and both can be inserted into one another (see FIG Figures 2 . 4b and 5 ).
- the grooves 231 to 235 are usually larger than the lugs 331 to 335, since otherwise an assembly would not be possible.
- the inner surface 31a may be designed differently to simplify the joining process. It can have a larger clearance S with a cylindrical shape ( FIG. 6a ), over an angle F ( FIG. 6b ) over a radius ( FIG. 6c ) or a combination of the individual elements ( Figures 6d, 6e and 6f ). It is sufficient that the grooves and noses have a substantially similar shape and size. In fact, they need only be designed in such a way that the condition is met by the polygon, for example triangle or quadrilateral.
- the dimensions may look like this, for example:
- FIG. 7 shows examples of possible designs of pairs of lugs 331 and grooves 231.
- the lugs could also be used as grooves and the grooves as lugs.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft Plasmabrennerkopf, umfassend wenigstens einen Fluiddurchlaß, eine Elektrode, eine Düse, eine Stromleitung und eine Auflagefläche auf einer Auflageseite, Plasmabrennerschaft, umfassend wenigstens eine Zuführungsleitung für ein Gas, eine Stromversorgungsleitung, wenigstens einen Fluiddurchlaß, eine Stromleitung und eine Auflagefläche auf einer Auflageseite und Plasmabrenner mit wenigstens einer Zuführungsleitung für ein Gas, einer Elektrode, einer Düse und einer Stromversorgungsleitung, wobei der Plasmabrenner einen Plasmabrennerschaft, der wenigstens einen ersten Fluiddurchlaß, eine erste Stromleitung und eine erste Auflagefläche auf einer Auflageseite enthält, und einen Plasmabrennerkopf umfaßt, der wenigstens einen zweiten Fluiddurchlaß, eine zweite Stromleitung und eine zweite Auflagefläche auf einer Auflageseite enthält, wobei die ersten und zweiten Auflageflächen axial zueinander aufliegen und die der wenigstens eine erste Fluiddurchlaß mit dem wenigstens eine zweite Fluiddurchlaß in Fluidverbindung steht sowie die erste Stromleitung mit der zweiten Stromleitung in elektrischer Verbindung steht,
- Es sind Plasmabrenner bekannt, die aus einem Plasmabrennerschaft und einem Plasmabrennerkopf, die mit einem Schnellwechselverschluß miteinander verbindbar sind, bestehen. Im Plasmabrennerkopf befinden sich die Teile des Plasmabrenners, die in Folge des Betriebs schnell verschleißen und häufiger ausgewechselt werden müssen. Dies sind vor allem die Elektrode, die Düse und die Schutzkappe. Aber auch im Falle wechselnder Einsatzzwecke des Plasmaverfahrens, beispielsweise zwischen dem Schneiden von Baustahl und dem Schneiden von Edelstahl, kann der Wechsel von einem Plasmabrennerschneidkopf auf einen anderen notwendig sein. Um dies schnell zu realisieren, ist ein Schnellwechselverschluß sinnvoll.
- In der G 081 32 660 wird ein Plasmabrenner beschrieben, der aus einem Plasmabrennerschaft, einem aufsteckbarem Verbindungsstück und einem Plasmabrennerkopf besteht. Der Plasmabrenner verfügt über einen aus der Kupplungsoberfläche hervorragenden Arretierungsstift und einer auf der gegenüberliegenden Kupplungsoberfläche entsprechend ausgebildeten Bohrung, in die der Arretierungsstift bei genauer radialer Einstellung einführbar ist. Der Plasmabrennerschaft und das Verbindungsstück werden mittels einer auf dem Plasmabrennerschaft verschiebbaren Hülse mit Führungsstiften, die in entsprechende axial und radial ausgebildete Führungsnuten im Verbindungsstück einführbar sind, bajonettartig unter axialer Pressung bei radialer Bewegung der Hülse verbunden. Sowohl bei manueller Handhabung als auch bei automatisierten Systemen ist es umständlich, zunächst den Arretierungsstift in die Bohrung einzufädeln, um dann die anderen Kontakte für die Zuführung und Versorgung zu verbinden. Zudem kann eine Beschädigung nicht ausgeschlossen werden.
- In der
DE 695 11 728 T2 sind eine Ausrichtungsvorrichtung und ein Verfahren für ein Lichtbogenplasmabrennersystem beschrieben. Der Lichtbogenplasmabrenner besteht aus einem Lichtbogenplasmabrennerschaft und einem Lichtbogenplasmabrennerkopf. Eine Gesamtpositionierführung wird benutzt, um den Lichtbogenplasmabrenner anfangs zu einer Aufnahme auszurichten. Die Aufnahme kann eine abgeschrägte Kante sein. Die Aufnahme verfügt über zwei Durchlässe mit einem Aufnahmeende und einer Oberseite, die so dimensioniert sind, daß Ausrichtstifte mit einem Durchmesser aufgenommen werden. Die Ausrichtstifte verfügen gleichzeitig über Öffnungen, die ein Gas oder eine Flüssigkeit durchlassen können. Der Oberflächendurchmesser ist größer als der Durchlaßdurchmesser und kann dadurch geringfügige Fehlausrichtungen ausgleichen. Ein mittlerer Durchlaß ist ebenso dimensioniert und kann gleichfalls ein Gas oder eine Flüssigkeit durchleiten. Bei Fehlpositionierung kann es zu Beschädigungen der Ausrichtstifte kommen, wenn nach Einfädeln des mittleren Durchlasses eine Kraft in axialer Richtung des Lichtbogenplasmabrenners wirkt. Sie kann bei gleichzeitiger Benutzung der Ausrichtstifte als Durchgang für ein Gas oder eine Flüssigkeit zu Undichtigkeiten führen. Beschädigungen an den Ausrichtstiften erschweren das spätere Positionieren und Zusammenführen der Komponenten des Lichtbogenplasmabrenners, insbesondere dann, wenn eine geringe Toleranz der Achsen des Lichtbogenplasmabrennerkopfes und der Aufnahme gefordert werden. - Ein weiterer Plasmabrennerkopf, umfassend einen Fluiddurchlass, eine Elektrode, eine Düse, eine Stromleitung und eine Auflagefläche auf eine Auflageseite ist im Dokument
US-A-5 624 586 offenbart. - Außerdem ist prinzipiell das Ineinanderführen zweier zylindrischer Körper eines Plasmabrenners bekannt. Es besteht jedoch die Gefahr einer fehlerhaften Zuordnung der Anschlüsse und/oder einer Beschädigung derselben.
- Zusätzlich wird oftmals eine sehr hohe Zentrizität der Verbindung verlangt. Dann muß das Spiel zwischen einem Innen- und einem Außenzylinder sehr gering sein. Dies wiederum erschwert dann das Zusammenfügen.
- Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Schnellwechselmöglichkeit für den Plasmabrennerkopfbereitzustellen.
- Ein beispiel von Mehrpoligen steckverbinden (für die Kupplung von einem Stecker und einer Steckdose) ist im Dokument
48 425 168.9 - Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem Plasmabrennerkopf der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß er auf seiner Auflageseite eine Zylinderwand mit einer Außenfläche und einer Kreisringfläche aufweist, wobei auf der Außenfläche umlaufend nVer gleiche radiale Vertiefungen und nVor gleiche radiale Vorsprünge vorgesehen sind, wobei nVer, nVor ≥ 0 und nVer + nVor ≥ 5 ist, und im Falle von n = 5 die Summe von zwei benachbarten Mittelpunktswinkeln, unter denen die Vorsprünge bzw. Vertiefungen bzw. ein Vorsprung und eine Vertiefung miteinander versetzt angeordnet sind, nicht ≥ 180° ist und die fünf Mittelpunktswinkel unterschiedlich groß sind, oder im Falle von n > 5 die Summe von zwei benachbarten Mittelpunktswinkeln, unter denen die Vorsprünge bzw. Vertiefungen bzw. ein Vorsprung und eine Vertiefung zueinander versetzt angeordnet sind, nicht ≥ 180° ist und die n > 5 Mittelpunktswinkel unterschiedlich groß sind oder wenigstens zwei der n > 5 Mittelpunktswinkel gleichgroß sind, wobei dann jeweils die Summe aus dem jeweiligen doppelt vorkommenden Mittelpunktswinkel und den davon zu beiden Seiten benachbarten Mittelpunktswinkeln < 180° ist.
- Die Stromleitung kann in den Fluiddurchlässen integriert und/oder separat ausgeführt sein.
- Üblicherweise sind wenigstens drei Fluiddurchlässe, nämlich für die Zuführung von Gas, wie Plasmagas, und Zu- und Rückleitung von Kühlmittel vorgesehen.
- Zudem wird diese Aufgabe bei dem Plasmabrennerschaft der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß er auf seiner Auflageseite eine Zylinderwand mit einer Innenfläche aufweist, wobei auf der Innenfläche umlaufend nVor gleiche radiale Vorsprünge und nVer gleiche radiale Vertiefungen vorgesehen sind, wobei nVor, nVer ≥0 und nVor + nVer ≥5 ist, und im Falle von n = 5 die Summe von zwei benachbarten Mittelpunktswinkeln, unter denen die Vorsprünge bzw. Vertiefungen bzw. ein Vorsprung und eine Vertiefung miteinander versetzt angeordnet sind, nicht ≥180° ist und die fünf Mittelpunktswinkel unterschiedlich groß sind, oder im Falle von n > 5 die Summe von zwei benachbarten Mittelpunktswinkeln, unter denen die Vorsprünge bzw. Vertiefungen bzw. ein Vorsprung und eine Vertiefung zueinander versetzt angeordnet sind, nicht ≥180° ist und die n > 5 Mittelpunktswinkel unterschiedlich groß sind oder wenigstens zwei der n > 5 Mittelpunktswinkel gleichgroß sind, wobei dann jeweils die Summe aus dem jeweiligen doppelt vorkommenden Mittelpunktswinkel und den davon zu beiden Seiten benachbarten Mittelpunktswinkeln < 180° ist.
- Bei den Plasmabrennerköpfen und -schäften kann es sich um Plasmaschneid- oder Plasmaschweißköpfe bzw. -schäfte handeln.
- Weiterhin wird diese Aufgabe bei dem Plasmabrenner der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß einer von dem Plasmabrennerschaft und dem Plasmabrennerkopf auf seiner Auflageseite eine erste Zylinderwand mit einer Außenfläche und einer Kreisringfläche sowie einem Außendurchmesser D21a aufweist und der andere von dem Plasmabrennerschaft und dem Plasmabrennerkopf auf seiner Auflageseite eine zweite Zylinderwand mit einer Innenfläche und einem Innendurchmesser D31a aufweist, wobei D31a > D21a ist und auf der Innenfläche umlaufend nVor gleiche radiale Vorsprünge und nVer gleiche radiale Vertiefungen, wobei nVor, nVer ≥0 und nVor + nVer = n ≥5 ist, und auf der Außenfläche eine gleiche Anzahl von damit in Eingriff stehenden korrespondierenden Vertiefungen bzw. Vorsprüngen vorgesehen ist, ferner die Vorsprünge und Vertiefungen so angeordnet sind, daß bei Verbinden des Plasmabrennerschafts mit dem Plasmabrennerkopf erst die Vorsprünge und Vertiefungen in Eingriff gebracht werden müssen, bevor die erste Auflagefläche und die zweite Auflagefläche zum Aufliegen kommen, und im Falle von n = 5 die Summe von zwei benachbarten Mittelpunktswinkeln, unter denen die Vorsprünge bzw. Vertiefungen bzw. ein Vorsprung und eine Vertiefung zueinander versetzt angeordnet sind, nicht ≥180° ist und die fünf Mittelpunktswinkel unterschiedlich groß sind, oder im Falle von n > 5 die Summe von zwei benachbarten Mittelpunktswinkeln, unter denen die Vorsprünge bzw. Vertiefungen bzw. ein Vorsprung und eine Vertiefung zueinander versetzt angeordnet sind, nicht ≥180° ist und die n > 5 Mittelpunktswinkel unterschiedlich groß sind oder wenigstens zwei der n > 5 Mittelpunktswinkel gleichgroß sind, wobei dann jeweils die Summe aus dem jeweiligen doppelt vorkommenden Mittelpunktswinkel und den davon zu beiden Seiten benachbarten Mittelpunktswinkeln
< 180° ist. - Der Plasmabrenner kann ein Plasmaschneid- oder ein -schweißbrenner sein.
- Bei dem Plasmabrennerkopf kann vorgesehen sein, daß die Summe von zwei benachbarten Mittelpunktswinkeln ≤170° ist. Dadurch wird eine noch stabilere Anlage von Kreisringfläche und Vorsprüngen in der Fügeposition erreicht.
- Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist n = 5 und wiederholt sich die Summe zweier benachbarter Mittelpunktswinkel nicht.
- Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform enthält der Plasmabrennerkopf vier Fluiddurchlässe.
- Vorteilhafterweise ist der wenigstens eine Fluiddurchlaß mit einem Stecker versehen.
- Zweckmäßigerweise ist ebenfalls die Stromleitung mit einem Stecker versehen.
- Weiterhin kann vorgesehen sein, daß Vertiefungen rechteckige Nuten sind. Selbstverständlich können die Nuten auch eine beliebige andere Gestalt, zum Beispiel bogenförmig, dreieckig etc. aufweisen.
- Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform ist nVer ≥5.
- Alternativ ist auch denkbar, daß nVor ≥5 ist.
- Die Unteransprüche zum Plasmabrennerschaft betreffen vorteilhafte Weiterbildungen derselben.
- Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist zusätzlich eine Zuführungsleitung für Sekundärgas vorgesehen und enthält der Plasmabrennerschaft vier Fluiddurchlässe.
- Zweckmäßigerweise ist der wenigstens eine Fluiddurchlass mit einer Buchse versehen.
- Günstigerweise ist die Stromleitung ebenfalls mit einer Buchse versehen.
- Zum Beispiel kann auf der Innenfläche der Zylinderwand in Richtung auf die Auflageseite vor den Vorsprüngen eine umlaufende sich radial nach außen erstreckende Fase vorgesehen sein. Durch diese wird das Zusammenfügen erleichtert, da zu Beginn des Zusammenfügens ein größerer Durchmesser bereitsteht.
- Die Unteransprüche zum Plasmabrenner betreffen vorteilhafte Weiterbildungen desselben.
- Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist zusätzlich eine Zuführungsleitung für Sekundärgas vorgesehen und enthält der Plasmabrennerschaft vier erste Fluiddurchlässe und der Plasmabrennerkopf vier zweite Fluiddurchlässe.
- Vorteilhafterweise ist das Kühlmittel Wasser.
- Zweckmäßigerweise ist der wenigstens eine erste Fluiddurchlass mit einer Buchse versehen.
- Weiterhin ist günstigerweise der wenigstens eine zweite Fluiddurchlass mit einem Stecker versehen.
- Vorteilhafterweise ist die erste Stromleitung mit einer Buchse versehen.
- Außerdem ist die zweite Stromleitung günstigerweise mit einem Stecker versehen.
- Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist eine Zusammenhalteeinrichtung zum Zusammenhalten des Plasmabrennerkopfes und des Plasmabrennerschaftes vorgesehen.
- Vorteilhafterweise umfasst die Zusammenhalteeinrichtung eine Spannhülse.
- Beispielsweise ist eine besondere Ausführungsform des Plasmabrenners dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmabrennerkopf die erste Zylinderwand aufweist und Plasmabrennerschaft die zweite Zylinderwand aufweist.
- Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß durch die spezielle Anzahl und Anordnungen von Vorsprüngen und korrespondierenden Vertiefungen ein einfaches und schnelles Zusammenfügen von Plasmabrennerkopf und Plasmabrennerschaft ohne Verkanten erzielt wird. Die Kreisringfläche muß einfach nur zur Anlage an den Vorsprüngen gebracht, das heißt in eine Fügeposition gebracht, und danach relativ zu den Vorsprüngen gedreht werden, bis die Fügestellung erreicht ist, bei der bei axial wirkender Kraft die Vorsprünge und Vertiefungen miteinander in Eingriff treten. Dies ist besonders vorteilhaft in Situationen, in denen die Plasmabrenner eingespannt und nicht optisch zugänglich sind. Der Schnellwechsel des Plasmabrennerkopfes kann nämlich sozusagen blind erfolgen.
- Darüber hinaus bietet die Erfindung einen Schnellwechselanschluß zwischen Plasmabrennerkopf und Plasmabrennerschaft mit Verdrehschutz, geringer Toleranz zwischen den Achsen des Plasmabrennerkopfes und Plasmabrennerschaftes und hoher Zentrizität.
- Die Fluiddurchlässe sowohl für das Gas, wie Plasma- und Sekundärgas, als auch für das Kühlmedium, können auch zur Stromübertragung verwendet werden.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung, in der zwei Ausführungsbeispiele anhand der schematischen Zeichnungen im einzelnen erläutert werden. Dabei zeigt:
- Figur 1
- eine Seitenansicht eines vorderen Teils eines Plasmaschneidbrenners vor dem Zusammenfügen von Plasmaschneidbrennerkopf und Plasmaschneidbrennerschaft gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung teilweise im Schnitt;
- Figur 2
- eine Seitenansicht des vorderen Teils des Plasmaschneidbrenners während des Zusammenfügens des Plasmaschneidbrennerkopfes und des Plasmaschneidbrennerschaftes in der Fügestellung teilweise im Schnitt;
- Figur 3a
- eine Draufsicht auf den Plasmaschneidbrennerschaft von der Auflageseite;
- Figur 3b
- eine Draufsicht auf den Plasmaschneidbrennerkopf von der Auflageseite;
- Figur 4a
- eine Schnittansicht vom Plasmaschneidbrennerkopf und -schaft in der Fügeposition im Bereich der Vertiefungen und Vorsprünge;
- Figur 4b
- eine Schnittansicht vom Plasmaschneidbrennerkopf und -schaft in der Fügestellung im Bereich der Vertiefungen und Vorsprünge;
- Figur 5
- eine Seitenansicht des vorderen Teils des Plasmaschneidbrenners nach dem Zusammenfügen des Plasmaschneidbrennerkopfes und Plasmaschneidbrennerschaftes teilweise im Schnitt;
- Figur 6
- einen Ausschnitt aus
Figur 2 ; - Figur 6a bis 6f
- ein Detail von
Figur 6 in verschiedenen Ausführungsformen; - Figur 7
- unterschiedliche Ausführungsformen von Vertiefungen und/oder Vorsprüngen;
- Figur 8
- Einzelheiten von
Figur 4b ; und - Figur 9
- eine Ansicht ähnlich wie
Figur 4a . - Wie sich aus den
Figuren 1 und 2 ergibt, umfaßt ein Plasmaschneidbrenner 1 einen Plasmaschneidbrennerkopf 2 und einen Plasmaschneidbrennerschaft 3. Wie sich unter Hinzuziehung derFiguren 3a und3b sowieFigur 5 ergibt, weist der Plasmaschneidbrennerkopf 2 eine erste Auflagefläche (nicht gezeigt), einen Stecker 241 für Wasservorlauf, einen Stecker 242 für Wasserrücklauf, einen Stecker 243 für Plasmagas, einen Stecker 244 für Sekundärgas und einen Stecker 245 für Pilotstrom auf. Die Stecker 241 bis 245 sind mit Bohrungen (nicht gekennzeichnet) für das Durchleiten von Gas oder Flüssigkeiten versehen. - Der Plasmaschneidbrennerschaft 3 weist eine zweite Auflagefläche (nicht gezeigt), eine Buchse 341 für Wasserrücklauf, eine Buchse 342 für Wasservorlauf, Buchse 343 für Plasmagas, eine Buchse 344 für Sekundärgas und eine Buchse 345 für Pilotstrom auf.
- Die Stecker 241 bis 245 und die Buchsen 341 bis 345 bilden eine Schnellwechselschnittstelle. Selbstverständlich können alternativ die Stecker oder ein Teil davon am Plasmaschneidbrennerschaft und die Buchsen am Plasmaschneidbrennerkopf angeordnet sein. Die für die Versorgung notwendigen Fluiddurchlässe und Stromleitungen in dem Plasmaschneidbrennerkopf 2 und in dem Plasmaschneidbrennerschaft 3 sind nicht im Detail dargestellt.
- Der Plasmaschneidbrennerkopf 2 weist auf seiner Auflageseite eine erste Zylinderwand 21 mit einer Außenfläche 21a und einer Kreisringfläche 22 sowie einem Außendurchmesser D21a auf. Der Plasmaschneidbrennerschaft 3 weist auf seiner Auflageseite eine zweite Zylinderwand 31 mit einer Innenfläche 31a und einem Innendurchmesser D31a auf, wobei D31a > D21a ist. Zum Einführen des Plasmaschneidbrennerkopfes 2 in den Plasmaschneidbrennerschaft 3 weist letzterer ein großes Spiel S in der Fügeposition auf (siehe
Figur 6a, 6d, 6e und 6f ). - Wie sich anhand der
Figuren 3a und3b ergibt, weist der Plasmaschneidbrennerschaft 3 auf seiner Innenfläche 31a umlaufend fünf gleiche rechteckige Nasen 331, 332, 333, 334 und 335 auf und weist der Plasmaschneidbrennerkopf 2 fünf gleiche entsprechend gestaltete und angeordnete recheckige Nuten 231, 232, 233, 234 und 235 auf seiner Außenfläche 21a auf. Die Nasen 331 bis 335 und Nuten 231 bis 235 sind in axialer Richtung so angeordnet, daß bei Verbinden des Plasmaschneidbrennerschaftes 3 mit dem Plasmaschneidbrennerkopf 2 erst die Nuten und Nasen in Eingriff gebracht werden, bevor die erste Auflagefläche und die zweite Auflagefläche zum Aufliegen kommen. - Beim Einführen des Plasmaschneidbrennerkopfes 2 in den Plasmaschneidbrennerschaft 3 trifft üblicherweise die Kreisringfläche 22 des Plasmaschneidbrennerkopfes 2 auf die Nasen 331 bis 335 (siehe
Figur 4a ). Der Plasmaschneidbrennerkopf 2 und der Plasmaschneidbrennerschaft 3 befinden sich somit in der Fügeposition. - Da die Summe von zwei benachbarten Mittelpunktswinkeln der Mittelpunktswinkel α, β, γ, δ und ε (siehe
Figur 8 ), unter denen die Nuten 231 bis 235 angeordnet sind, nicht ≥180° ist und die fünf Mittelpunktswinkel unterschiedlich groß sind, bilden die Nasen 331 bis 335 mit der durch die Nuten 231 bis 235 unterbrochenen Kreisringfläche 22 des Plasmaschneidbrennerkopfes in jeder Stellung mit Ausnahme der Fügestellung (sieheFigur 4b ) zueinander eine virtuelle Fläche A. Die Nuten 231 bis 235 sind mit Ausnahme der Fügestellung immer so angeordnet, daß die auf der Kreisringfläche 22 des Plasmaschneidbrennerkopfes 2 aufliegenden Nasen (inFigur 4a die Nasen 331, 333, 334 und 335) ein Viereck mit der Fläche A bilden, in dem sich die Mittelachse M des Plasmaschneidbrenners 1 befindet (sieheFigur 4a ). - Wenn nicht zusätzlich die Bedingung erfüllt wird, daß sich die Summe zweier benachbarter Mittelpunktswinkel der Mittelpunktswinkel α, β, γ, δ und ε wiederholt, kann es auch lediglich zur Bildung einer dreieckigen Fläche A kommen, wie dies in
Figur 9 gezeigt ist. - Aufgrund dessen, daß sich die Mittelachse M des Plasmaschneidbrenners 1 in der Fläche A befindet, können der Plasmaschneidbrennerschaft 3 und der Plasmaschneidbrennerkopf 2 beliebig gegeneinander verdreht werden, bis die Fügestellung erreicht ist. Bei Erreichen der Fügestellung rutscht bei axial wirkender Kraft der Plasmaschneidbrennerkopf 2 in den Plasmaschneidbrennerschaft 3 und können beide ineinander gesteckt werden (siehe
Figuren 2 ,4b und5 ). - Durch das Drehen einer Spannhülse 25 wird über deren Innengewinde 251 und das Außengewinde 35 des Plasmaschneidbrennerschaftes 3 eine weitere axiale Kraft auf die Schnittstellen ausgeübt, bis die Endfügestellung (siehe
Figur 5 ) erreicht ist. Dort ist der Durchmesser des Plasmaschneidbrennerschaftes von D31a auf D31b reduziert, wodurch das Spiel S verringert oder sogar beseitigt wird und die Zentrizität erhöht wird. Dies kann natürlich auch durch andere Mechanismen, zum Beispiel Bajonettverschluß oder eine andere Anzugsvorrichtung, realisiert werden. -
- Die gleiche Gestaltung der Nuten bzw. Nasen weist gegenüber einer Ausführungsform mit unterschiedlichen Nasen und damit Nuten, bei der drei Nuten bzw. Nasen ausreichen würden, eine Reduzierung des Fertigungsaufwandes auf. Es kann nämlich dann mit einem einzigen Werkzeug gearbeitet werden.
- Die Innenfläche 31a kann zur Vereinfachung des Fügevorgangs unterschiedlich gestaltet sein. Sie kann über ein größeres Spiel S mit zylindrischer Form (
Figur 6a ), über einen Winkel F (Figur 6b ) über einen Radius (Figur 6c ) oder eine Kombination aus den einzelnen Elementen verfügen (Figuren 6d, 6e und 6f ). Es reicht dabei aus, daß die Nuten und Nasen eine im wesentlichen ähnliche Form und Größe aufweisen. Sie müssen nämlich nur so gestaltet sein, daß die Bedingung mit dem Vieleck, zum Beispiel Dreieck oder Viereck, erfüllt wird. - Die Abmessungen können beispielsweise wie folgt aussehen:
-
- D: 25 bis 100mm
- F: 15 bis 60°
- S: 0,2 bis 0,7mm
- R: 1 bis 5mm.
- In der
Figur 8 sehen die Parameter wie folgt aus: - α = 75°
- β = 70°
- γ = 90°
- δ = 65°
- ε = 60°.
-
- In
Figur 9 sind die Winkel wie folgt gewählt: - α = 60°
- β = 95°
- γ = 80°
- δ = 75°
- ε = 50°.
- Folglich wiederholt sich die Summe zweier benachbarter Mittelpunktswinkel, nämlich von α und α sowie γ und δ.
-
Figur 7 zeigt Beispiele für mögliche Gestaltungen von Paaren von Nasen 331 und Nuten 231. Die Nasen könnten aber auch als Nuten und die Nuten als Nasen verwendet werden. - Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Claims (22)
- Plasmabrennerkopf (2), umfassend wenigstens einen Fluiddurchlaß, eine Elektrode, eine Düse, eine Stromleitung und eine Auflagefläche auf einer Auflageseite, dadurch gekennzeichnet, daß
er auf seiner Auflageseite eine Zylinderwand (21) mit einer Außenfläche (21a) und einer Kreisringfläche (22) aufweist, wobei auf der Außenfläche (21a) umlaufend nVer gleiche radiale Vertiefungen und nVor gleiche radiale Vorsprünge vorgesehen sind, wobei nVer, nVor ≥0 und nVer + nVor ≥5 ist, und
im Falle von n = 5 die Summe von zwei benachbarten Mittelpunktswinkeln (α und β oder β und γ oder γ und δ oder 8 und ε oder ε und α), unter denen die Vorsprünge bzw. Vertiefungen bzw. ein Vorsprung und eine Vertiefung miteinander versetzt angeordnet sind, nicht ≥180° ist und die fünf Mittelpunktswinkel (α, β, γ, 8, ε) unterschiedlich groß sind,
oder
im Falle von n > 5 die Summe von zwei benachbarten Mittelpunktswinkeln (α und β oder β und γ oder γ und δ oder δ und ε oder ε und α), unter denen die Vorsprünge bzw. Vertiefungen bzw. ein Vorsprung und eine Vertiefung zueinander versetzt angeordnet sind, nicht ≥180° ist und die n > 5 Mittelpunktswinkel (α, β, γ, δ, ε) unterschiedlich groß sind oder wenigstens zwei der n > 5 Mittelpunktswinkel (α, β, γ, δ, ε) gleichgroß sind, wobei dann jeweils die Summe aus dem jeweiligen doppelt vorkommenden Mittelpunktswinkel (α oder β oder γ oder δ oder ε) und den davon zu beiden Seiten benachbarten Mittelpunktswinkeln (α und γ oder β und δ oder γ und ε oder δ und α oder ε und β) < 180° ist. - Plasmabrennerkopf (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe von zwei benachbarten Mittelpunktswinkeln (α und β oder β und γ oder γ und δ oder δ und ε oder ε und α) ≤170° ist.
- Plasmabrennerkopf (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß n = 5 ist und sich die Summe zweiter benachbarter Mittelpunktswinkel (α und β oder β und γ oder γ und δ oder δ und ε oder ε und α) nicht wiederholt.
- Plasmabrennerkopf (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen rechteckige Nuten (231, 232, 233, 234, 235) sind.
- Plasmabrennerkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nVer ≥5 ist.
- Plasmabrennerkopf (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nVor ≥5 ist.
- Plasmabrennerschaft (3), umfassend wenigstens eine Zuführungsleitung für ein Gas, eine Stromversorgungsleitung, wenigstens einen Fluiddurchlaß, eine Stromleitung und eine Auflagefläche auf einer Auflageseite,
dadurch gekennzeichnet, dass
er auf seiner Auflageseite eine Zylinderwand (31) mit einer Innenfläche (31a) aufweist, wobei auf der Innenfläche (31a) umlaufend nVor gleiche radiale Vorsprünge und nVer gleiche radiale Vertiefungen vorgesehen sind, wobei nVor, nVer ≥0 und nVor + nVer ≥5 ist, und
im Falle von n = 5 die Summe von zwei benachbarten Mittelpunktswinkeln (α und β oder β und γ oder γ und δ oder δ und ε oder ε und α), unter denen die Vorsprünge bzw. Vertiefungen bzw. ein Vorsprung und eine Vertiefung miteinander versetzt angeordnet sind, nicht ≥180° ist und die fünf Mittelpunktswinkel (α, β, γ, δ, ε) unterschiedlich groß sind,
oder
im Falle von n > 5 die Summe von zwei benachbarten Mittelpunktswinkeln (α und β oder β und γ oder γ und δ oder δ und ε oder ε und α), unter denen die Vorsprünge bzw. Vertiefungen bzw. ein Vorsprung und eine Vertiefung zueinander versetzt angeordnet sind, nicht ≥180° ist und die n > 5 Mittelpunktswinkel (α, β, γ, δ, ε) unterschiedlich groß sind oder wenigstens zwei der n > 5 Mittelpunktswinkel (α, β, γ, δ, ε) gleichgroß sind, wobei dann jeweils die Summe aus dem jeweiligen doppelt vorkommenden Mittelpunktswinkel (α oder β oder γ oder δ oder ε) und den davon zu beiden Seiten benachbarten Mittelpunktswinkeln (α und γ oder β und δ oder γ und ε oder δ und α oder ε und β) < 180° ist. - Plasmabrennerschaft (3) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe von zwei benachbarten Mittelpunktswinkeln (α und β oder β und γ oder γ und δ oder δ und ε oder ε und α) ≤170° ist.
- Plasmabrennerschaft (3) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß n = 5 ist und sich die Summe zweiter benachbarter Mittelpunktswinkel (α und γ oder β und δ oder γ und ε oder ε und β) nicht wiederholt.
- Plasmabrennerschaft (3) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge rechteckige Nasen (331, 332, 333, 334, 335) sind.
- Plasmabrennerschaft (3) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenfläche (31a) der Zylinderwand (31) in Richtung auf die Auflageseite vor den Vorsprüngen und/oder Vertiefungen eine umlaufende sich radial nach außen erstreckende Fase vorgesehen ist.
- Plasmabrennerschaft (3) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß nVor ≥5 ist.
- Plasmabrennerschaft (3) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß nVer ≥5 ist.
- Plasmabrenner (1) mit wenigstens einer Zuführungsleitung für ein Gas, einer Elektrode, einer Düse und einer Stromversorgungsleitung, wobei der Plasmabrenner (1) einen Plasmabrennerschaft (3), der wenigstens einen ersten Fluiddurchlaß, eine erste Stromleitung und eine erste Auflagefläche auf einer Auflageseite enthält, und
einen Plasmabrennerkopf (2) umfaßt, der wenigstens einen zweiten Fluiddurchlaß, eine zweite Stromleitung und eine zweite Auflagefläche auf einer Auflageseite enthält, wobei die ersten und zweiten Auflageflächen axial zueinander aufliegen und der wenigstens eine erste Fluiddurchlaß mit dem wenigstens einen zweiten Fluiddurchlaß in Fluidverbindung steht sowie die erste Stromleitung mit der zweiten Stromleitung in elektrischer Verbindung steht,
dadurch gekennzeichnet, daß
einer von dem Plasmabrennerschaft (3) und dem Plasmabrennerkopf (2) auf seiner Auflageseite eine erste Zylinderwand (21) mit einer Außenfläche (21a) und einer Kreisringfläche (22) sowie einem Außendurchmesser D21a aufweist und der andere von dem Plasmabrennerschaft (3) und dem Plasmabrennerkopf (2) auf seiner Auflageseite eine zweite Zylinderwand (31) mit einer Innenfläche (31a) und einem Innendurchmesser D31a aufweist, wobei D31a > D21a ist und auf der Innenfläche (31a) umlaufend nVor gleiche radiale Vorsprünge und nVer gleiche radiale Vertiefungen, wobei nVor, nVer ≥0 und nVor + nVer = n ≥5 ist, und auf der Außenfläche (21a) eine gleiche Anzahl von damit in Eingriff stehenden korrespondierenden Vertiefungen bzw. Vorsprüngen vorgesehen ist, ferner die Vorsprünge und Vertiefungen so angeordnet sind, daß bei Verbinden des Plasmabrennerschafts (3) mit dem Plasmabrennerkopf (2) erst die Vorsprünge und Vertiefungen in Eingriff gebracht werden müssen, bevor die erste Auflagefläche und die zweite Auflagefläche zum Aufliegen kommen, und
im Falle von n = 5 die Summe von zwei benachbarten Mittelpunktswinkeln (α und β oder β und γ oder γ und δ oder δ und ε oder ε und α), unter denen die Vorsprünge bzw. Vertiefungen bzw. ein Vorsprung und eine Vertiefung zueinander versetzt angeordnet sind, nicht ≥180° ist und die fünf Mittelpunktswinkel (α, β, γ, δ, ε) unterschiedlich groß sind,
oder
im Falle von n > 5 die Summe von zwei benachbarten Mittelpunktswinkeln (α und β oder β und γ oder γ und δ oder δ und ε oder ε und α), unter denen die Vorsprünge bzw. Vertiefungen bzw. ein Vorsprung und eine Vertiefung zueinander versetzt angeordnet sind, nicht ≥180° ist und die n > 5 Mittelpunktswinkel (α, β, γ, δ, ε) unterschiedlich groß sind oder wenigstens zwei der n > 5 Mittelpunktswinkel (α, β, γ, δ, ε) gleichgroß sind, wobei dann jeweils die Summe aus dem jeweiligen doppelt vorkommenden Mittelpunktswinkel (α oder β oder γ oder δ oder ε) und den davon zu beiden Seiten benachbarten Mittelpunktswinkeln (α und γ oder β und δ oder γ und ε oder δ und α oder ε und β) < 180° ist. - Plasmabrenner (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe von zwei benachbarten Mittelpunktswinkeln (α und β oder β und γ oder γ und δ oder δ und ε oder ε und α) ≤170° ist.
- Plasmabrenner (1) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß n = 5 ist und sich die Summe zweiter benachbarter Mittelpunktswinkel (α und β oder β und γ oder γ und δ oder δ und ε oder ε und α) nicht wiederholt.
- Plasmabrenner (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmabrennerkopf (2) die erste Zylinderwand (21) aufweist und der Plasmabrennerschaft (3) die zweite Zylinderwand (31) aufweist.
- Plasmabrenner (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen rechteckige Nuten (231, 232, 233, 234, 235) sind.
- Plasmabrenner (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenfläche (31a) der zweiten Zylinderwand (31) in Richtung auf die Auflageseite vor den Vorsprüngen und/oder Vertiefungen eine umlaufende sich radial nach außen erstreckende Fase vorgesehen ist.
- Plasmabrenner (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß nVor ≥5 ist.
- Plasmabrenner (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß nVer ≥5 ist.
- Plasmabrenner (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zusammenhalteeinrichtung zum Zusammenhalten des Plasmabrennerkopfes und des Plasmabrennerschaftes (3) vorgesehen ist.
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