EP2417840A2 - Cooling pipes, electrode holders and electrode for an arc plasma torch and assemblies made thereof and arc plasma torch comprising the same - Google Patents

Cooling pipes, electrode holders and electrode for an arc plasma torch and assemblies made thereof and arc plasma torch comprising the same

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EP2417840A2
EP2417840A2 EP10720245A EP10720245A EP2417840A2 EP 2417840 A2 EP2417840 A2 EP 2417840A2 EP 10720245 A EP10720245 A EP 10720245A EP 10720245 A EP10720245 A EP 10720245A EP 2417840 A2 EP2417840 A2 EP 2417840A2
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EP
European Patent Office
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electrode
cooling tube
electrode holder
plasma torch
arc plasma
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EP10720245A
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German (de)
French (fr)
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EP2417840B1 (en
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Frank Laurisch
Volker Krink
Ralf-Peter Reinke
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Kjellberg Finsterwalde Plasma und Maschinen GmbH
Original Assignee
Kjellberg Finsterwalde Plasma und Maschinen GmbH
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    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3457—Nozzle protection devices

Definitions

  • the present invention relates to cooling tubes, electrode mounts and electrodes for an arc plasma torch, and to arrangements of the same and a plasma arc torch with the same.
  • Plasma is a thermally highly heated electrically conductive gas, which consists of positive and negative ions, electrons and excited and neutral atoms and molecules.
  • the plasma gas used is a variety of gases, for example the monatomic argon and / or the diatomic gases hydrogen, nitrogen, oxygen or air. These gases ionize and dissociate through the energy of an arc. The narrowed by a nozzle arc is then referred to as plasma jet.
  • the plasma jet can be greatly influenced in its parameters by the design of the nozzle and electrode. These parameters of the plasma jet are, for example, the beam diameter, the temperature, the energy density and the flow velocity of the gas.
  • the plasma is constricted through a nozzle, which may be gas or water cooled. As a result, energy densities up to 2x10 6 W / cm 2 can be achieved. Temperatures of up to 30,000 ° C are generated in the plasma jet, which, in combination with the high flow velocity of the gas, produce very high cutting speeds on materials.
  • the nozzle is then inserted into an arc plasma torch, or plasma torch, whose main components are a plasma torch head, a nozzle cap, a plasma gas guide member, a nozzle, a nozzle holder, an electrode insert electrode and, in modern plasma torches, a nozzle cap retainer and nozzle cap.
  • a pointed tungsten electrode insert which is suitable for the use of non-oxidizing gases as plasma gas, for example an argon-hydrogen mixture.
  • a so-called flat electrode whose electrode insert consists for example of hafnium is also suitable for the use of oxidizing gases as plasma gas, for example air or oxygen.
  • the nozzle and the electrode is often cooled with a liquid, for example water, but it can also be cooled with a gas.
  • the electrode consists of a good electrical and heat conductive material, such as copper and silver or their alloys, and an electrode insert made of a temperature-resistant material, eg. As tungsten, zirconium or hafnium. Zirconium can be used for oxygen-containing plasma gases. Because of its better thermal properties, however, hafnium is more suitable because its oxide is more temperature resistant.
  • the high-temperature material is introduced as an emission insert in the socket, which is then cooled.
  • the most effective way of cooling is liquid cooling.
  • the electrode has an inwardly extending cylindrical or conical portion over which the cooling tube projects.
  • the coolant flows around this area and is intended to ensure better heat exchange between the electrode and the coolant.
  • the invention is therefore based on the object to avoid overheating of the electrode of arc plasma torches, but at least to reduce.
  • a cooling tube for an arc plasma torch comprising an elongated body having an end which can be arranged in the open end of an electrode and extending therethrough Coolant channel, characterized in that there is a bead-like inward and / or outward thickening of the wall of the cooling tube at said end.
  • this object is achieved by an arrangement of a cooling tube according to one of claims 1 to 3 and an electrode having a hollow elongate body with an open end for arranging the front end of a cooling tube and a closed end, wherein the bottom surface of the open end a protruding portion over which the end of the cooling tube extends, and the thickening extends longitudinally beyond at least the protruding portion.
  • a cooling tube for an arc plasma torch comprising an elongate body with a releasably connectable to an electrode holder of an arc plasma torch rear end and a extending through him coolant channel, characterized in that for releasably connecting the rear end with an electrode receptacle, an external thread is provided, wherein it is followed by a cylindrical outer surface for centering the cooling tube to the electrode holder.
  • an electrode holder for an arc plasma torch comprising an elongate body having an end for receiving an electrode and a hollow interior, characterized in that in the hollow interior, an internal thread for screwing in a rear end of a cooling tube is provided it is followed by a cylindrical inner surface for centering dese cooling tube for electrode recording.
  • this object is achieved by an arrangement of a cooling tube according to one of claims 9 to 13 and an electrode holder according to one of claims 14 to 16, wherein the cooling tube is screwed to the electrode holder via the external thread and the internal thread.
  • a cooling tube for an arc plasma torch comprising an elongated body with a releasably connectable to an electron beam of an arc plasma burner rear end and a coolant channel extending therethrough and an electrode holder for an arc plasma torch having an elongated body with an end for receiving an electrode and a hollow interior, characterized in that on the outer surface of the cooling tube at least one projection for centering the cooling tube is provided in the elec trodenholzhahme.
  • an arc plasma torch electrode comprising a hollow elongate body having an open end for locating the front end of a cooling tube in the same and a closed end, the open end having an external thread for screwing to the internal thread of an electrode holder characterized in that adjoins the external thread to the closed end, a cylindrical outer surface for centering the electrode for electrode recording.
  • an electrode holder for an arc plasma torch comprising an elongated body having an internally threaded end for receiving an electrode and a hollow interior, characterized in that the internal thread has a cylindrical inner surface for centering the electrode for electrode reception followed.
  • the present invention provides an assembly of an electrode according to any one of claims 24 to 28 and an electrode holder according to any one of claims 29 to 31, wherein the electrode is screwed to the electrode holder via the external thread and the internal thread.
  • this object is achieved by an arc plasma torch with a cooling tube according to one of claims 1 to 3 or 9 to 13, an electrode holder according to one of claims 14 to 16 or 29 to 31, an electrode according to one of claims 24 to 28 or an arrangement according to one of claims 4 to 8, 17 to 23 or 32 to 33.
  • the thickening in the longitudinal direction of the cooling tube extends over at least one millimeter.
  • the thickening leads to an increase in the outer diameter by at least 0.2 millimeters and / or a reduction in the inner diameter by at least 0.2 millimeters.
  • an electrode holder which has an elongate body with an end for receiving the electrode and a hollow interior, wherein the cooling tube extends into the hollow interior and on the outer surface of the cooling tube at least one projection for centering the cooling tube is provided in the electrode holder.
  • a first group of projections is provided, which are arranged circumferentially at a distance from each other.
  • the second group of protrusions is circumferentially offset from the first group of protrusions.
  • a stop surface for axially fixing the cooling tube may be provided in the Elektrodenaufhahme.
  • the cylindrical outer surface has a circumferential groove.
  • a round ring can be arranged for sealing in the groove.
  • the cylindrical outer surface has an outer diameter which is equal to or greater than the outer diameter of the external thread.
  • a stop surface for axially fixing the cooling tube is advantageously provided in the electrode holder.
  • the cylindrical inner surface has an inner diameter which is equal to or greater than the inner diameter of the inner thread.
  • D6.1 (D.61a-D6.1i) / 2.
  • the cooling tube and the electrode holder are designed so that there is an annular gap to the front end between them.
  • a first group of projections is advantageously provided, which are arranged circumferentially at a distance from each other.
  • exactly three projections can be provided, which are preferably arranged offset by 120 ° to each other.
  • a second group of projections may be provided, which are arranged circumferentially spaced from each other, wherein the second group is axially offset from the first group.
  • the second group of projections may also consist of exactly three projections, which are preferably offset by 120 ° to each other.
  • the second group of projections is circumferentially offset from the first group of projections.
  • the offset may be 60 °.
  • an abutment surface for axially fixing the electrode in the electrode receptacle may conveniently be provided.
  • the cylindrical outer surface may have a circumferential groove, in which a round ring is preferably arranged for sealing.
  • the cylindrical outer surface has an outer diameter which is equal to or greater than the outer diameter of the external thread.
  • a stop surface for axially fixing an electrode may be provided in the electrode holder.
  • the cylindrical inner surface has an inner diameter which is equal to or greater than the inner diameter of the inner thread.
  • the cylindrical outer surface of the electrode and the cylindrical inner surface of the electrode holder are closely tolerated each other.
  • a so-called transition fit is used, that means for example tolerance outside: 0 to -0.01 mm, inside tolerance: 0 to +0.01 mm.
  • the invention is based on the surprising finding that the gaps between the cooling tube and the electrode become narrower due to the thickening, but without a cross-sectional reduction in the rear region of the arc plasma burner head.
  • a high flow velocity of the coolant is achieved in front between the cooling tube and electrode, which improves the heat transfer.
  • the heat transfer is additionally or alternatively improved by suitable centering of components of the plasma burner head.
  • the invention is based on the finding that the heat transfer between the electrode and the coolant is not optimal.
  • the pressure, the flow velocity, the volume flow and / or the pressure difference of the coolant in the flow path in the front region, in which the cooling tube protrudes beyond the inwardly extending region of the electrode may not be sufficient.
  • the problem has been recognized that the annular gap between the electrode and cooling tube can be different in size due to a non-centric position on its circumference. This results in uneven distribution of the coolant around the inwardly extending portion of the electrode. This worsens the cooling.
  • Figure 1 is a longitudinal sectional view of a plasma burner head according to a first particular embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows an individual view of a cooling tube of the one shown in FIG.
  • Plasma burner head in plan view (left) and in longitudinal section view (right);
  • FIG. 3 Details of the connection between electrode and electrode receptacle in FIG.
  • FIG. 4 shows details of the electrode receptacle shown in FIG.
  • FIG. 6 Details of the electrode holder shown in FIG. 5 partially in FIG.
  • Figure 7 shows a detail (section A-A) of the connection between the
  • FIG. 8 shows an individual view of the electrode of the one shown in FIG
  • Fig. 9 is a longitudinal sectional view of a plasma burner head according to a second specific embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 shows an individual view of a cooling tube of the one shown in FIG.
  • Plasma burner head in plan view (left) and in longitudinal section view (right);
  • Fig. 12 is a longitudinal sectional view of a plasma burner head according to a third specific embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 shows an individual view of a cooling tube of the one shown in FIG.
  • Plasma burner head in plan view (left) and in longitudinal section view (right);
  • FIG. 15 is a longitudinal sectional view of a plasma burner head according to a fourth specific embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 shows an individual view of a cooling tube of the one shown in FIG.
  • Plasma burner head in plan view (left) and in longitudinal section view (right);
  • FIG. 1 shows a first particular embodiment of a plasma burner head 1 according to the present invention.
  • Said plasma burner head has an electrode 7, an electrode holder 6, a cooling tube 10, a nozzle 4, a nozzle cap 2 and a gas guide 3.
  • the nozzle 4 is fixed by the nozzle cap 2 and a nozzle holder 5.
  • the electrode holder 6 receives the electrode 7 and the cooling tube 10 in each case via a thread, namely internal thread 6.4 and internal thread 6.1, on.
  • the gas guide 3 is located between the electrode 7 and the nozzle 4 and sets a plasma gas PG in rotation.
  • the plasma burner head 1 has a secondary gas protection cap 9, which is screwed onto a nozzle protection cap holder 8 in this exemplary embodiment. Between the secondary gas protection cap 9 and the nozzle cap 2 flows a secondary gas SG, which protects the nozzle 4, in particular the nozzle tip.
  • the cooling tube 10 (see also FIG. 2) is fastened to the rear part of the electrode holder 6 and the electrode 7 is fastened to the front part of the electrode holder 6.
  • the cooling tube 10 protrudes beyond an inwardly, ie away from the nozzle tip area 7.5 (see also Figures 3 and 8) of the electrode 7.
  • the inner diameter DlO.8 on the length LlO.8 of the cooling tube 10 is smaller as the inner diameter D10.9 of the rearwardly directed inner portion 10.9 of the cooling tube 10 and the outer diameter D is 10.10 on the length L 10.10 of the cooling tube 10 is greater than the outer diameter D 10.11 of the rearwardly directed outer portion 10.11 of the cooling tube 10.
  • a coolant first flows in the flow path through WVl (water supply 1) the interior of the cooling tube 10, strikes the inwardly extending portion 7.5 of the electrode 7, before it via the flow path WRl (water return 1) in the space between the cooling tube 10 and the Elek-trode 7 and the electrode holder 6 flows back.
  • WVl water supply 1
  • WRl water return 1
  • the plasma jet (not shown) has its starting point on the outer surface of an electrode insert 7.8. There, most of the heat that must be dissipated to achieve a long life of the electrode 7. The heat is conducted via the electrode 7 made of copper or silver to the coolant in the electrode interior.
  • the distance between the opposing surfaces of the front inner portion 10.8 of the cooling tube and the electrode portion 7.5 of the electrode 7 and the front outer portion 10.10 and the inner surface 7.10 of the electrode very small. It is in the range of 0.1 to 0.5 mm.
  • coolant flows in the space between the nozzle 4 and the nozzle cap 2 via a flow path WV2 (water supply 2) and WR2 (water return 2).
  • the cooling tube 10 is screwed to the electrode receptacle 6 via the external thread 10. 1 and the internal thread 6.1.
  • the cooling tube 10 and the electrode holder 6 are formed by the cylindrical outer surface 10.3 of the cooling tube 10 and the cylindrical inner surface 6.3 of the electrode holder. 6 centered on each other. These are closely tolerated to each other to achieve a good centering.
  • the tolerance of the cylindrical outer surface 10.3 may be the nominal dimension of the outer diameter D 10.3 from 0 to -0.01 mm and the tolerance of the cylindrical inner surface 6.3 the nominal dimension of the inner diameter D6.3 from 0 to +0.01 mm.
  • the internal thread 6.1 of the electrode-receiving 6 and the external thread 10.1 of the cooling tube 10 have sufficient clearance to each other, so that the cooling tube 10 can be easily screwed into the electrode holder 6. Only shortly before tightening, the centering is done by the closely tolerated, opposite in the screwed state cylindrical inner surface 6.3 and cylindrical outer surface 10.3.
  • the outer diameter D 10.3 of the cylindrical outer surface 10.3 of the cooling tube 10 is at least as large as or larger than the outer diameter D 10.1 of the external thread 10.1.
  • the centering described above ensures the parallel alignment of the cooling tube 10 to the axis M of the plasma burner head 1, a uniform annular gap between the cooling tube 10 and electrode region 7.5 and thus a uniform distribution of the coolant flow in the electrode interior, in particular in the region of the front portion of the cooling tube 10 and 10.8 inwardly extending electrode area 7.5.
  • the stop surfaces are 10.2 and 6.2 to each other. This results in an axial fixation of the cooling tube 10 in the electrode holder. 6
  • the electrode 7 is screwed to the electrode receptacle 6 via the external thread 7.4 and the internal thread 6.4.
  • the electrode 7 and the electrode holder 6 are formed by the cylindrical outer surface 7.6 of the electrode 7 and the cylindrical inner surface 6.6 of the Elektrodenaufhahme 6 centered to each other.
  • the outer surfaces are closely tolerated to each other to achieve a good centering.
  • the tolerance of the cylindrical outer surface may be the nominal dimension of the outer diameter D7.6 from 0 to -0.01 mm and the tolerance of the cylindrical inner surface the nominal dimension of the inner diameter D6.6 from 0 to +0.01 mm.
  • the internal thread 6.4 of the electrode holder 6 and the external thread 7.4 of the electrode 7 have enough clearance to each other, so that the electrode 7 can be easily screwed into the Elektrodenaufhahme 6. Only shortly before tightening the centering is done by the closely tolerated, opposite in the screwed state cylindrical surfaces 6.6 and cylindrical outer surface 7.6.
  • the outer diameter D7.6 of the cylindrical outer surface 7.6 of the electrode 7 is at least equal to or greater than the maximum outer diameter D7.4 of the external thread 7.4 (see FIG. 8).
  • the centering described above is necessary for the parallel alignment of the electrode 6 to the axis M of the plasma burner head 1, which in turn for a uniform distribution of the coolant flow in the electrode interior, in particular in the region of the front inner portion 10.8 of the cooling tube 10 and the inwardly extending portion 7.5 of Electrode 7 provides.
  • the centering of the electrode 7 to the electrode holder 6 serves to secure the centricity to the other components of the plasma burner head, in particular the nozzle 4. This is used for uniform formation of the plasma jet, which is determined by positioning the electrode insert 7.8 of the electrode 7 to the nozzle bore 4.1 of the nozzle 4 ,
  • the cylindrical outer surface 7.6 has a groove 7.3, in which a round ring 7.2 is arranged for sealing. In the bolted state lie the stop surfaces 7.7 and 6.7 each other. This results in an axial fixation of the electrode 7 in the electrode holder. 6
  • the projections 10.6 are offset in this case to the projections 10.7 offset by 60 °. This offset improves the radial centering.
  • the projections 10.7 can be used as a counterpart for a tool (not shown) for screwing in and out of the cooling tube 10.
  • the projections 10.6 and 10.7 have seen from the front portion 10.8 of rectangular cross-section.
  • only the corners of the rectangular cross sections are on the cylindrical inner surface 6.11 of the electrode holder 6.
  • a high degree of centricity is achieved at the same time smooth assembly.
  • FIG. 9 shows a further particular embodiment of a plasma burner head 1 according to the invention, which differs from the embodiment shown in FIGS. 1 to 8 in the design of the front inner section 10.8 of the cooling tube 10 (see also FIG. 10).
  • the length L10.8 of the inner section 10.8 is shorter, as a result of which the flow cross section is greatly increased only in the foremost area.
  • the lengths of the front inner section 10.8 and the front outer section 10.10. are the same size here.
  • a groove 10.4 in which a round ring is arranged 10.5 for sealing (see also Figure 11).
  • FIG. 12 shows a further particular embodiment of the plasma burner head according to the invention, which differs from the two embodiments according to FIGS. 1 to 11 in the design of the front inner section 10.8 of the cooling tube 10 (see also FIG. 13).
  • the length Ll 0.8 of the inner portion 10.8 is shorter than in Figure 1, the length L10.10 of the front outer portion 10.10 is greater than in Figure 9. This reduces the flow resistance of the overall arrangement, since only in the foremost part between the cooling tube and electrode narrow gaps consist.
  • the centering between cooling tube 10 and electrode holder 6 also takes place via a cylindrical inner surface 6.3 and a cylindrical outer surface 10.3. These are arranged differently than in Figures 1 and 9.
  • the cylindrical centering surfaces are increased. This further improves the centering and is achieved by changing the sequence of the threaded centering surface stop surface to the threaded stop surface centering surface.
  • Another advantage is that the size does not increase. With maintained order, the stop surface should have a larger diameter than the centering.
  • FIG. 15 shows a further particular embodiment of the plasma burner head according to the invention. This differs from the embodiment according to FIG. 1 in the design of the front inner section 10.8 of the cooling tube 10 (see also FIG. 16).
  • the lengths of the front inner section 10.8 and the front outer section 10.10. are the same size here. Said sections correspond in their length to the area 7.5 of the electrode 7.
  • FIG. 12 A centering between cooling tube 10 and electrode holder 6 takes place as in FIG. 12.
  • the features of the invention disclosed in the present description, in the drawings and in the claims may be essential both individually and in any desired combinations for the realization of the invention in its various embodiments.

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Abstract

The invention relates to a cooling pipe for an arc plasma torch, comprising an elongated body having an end arranged in the open end of the an electrode and a coolant channel extending through the same, characterized in that at said end a bead-like inwardly and/or outwardly directly thickened region of the wall of the cooling pipe is present. Furthermore, the invention relates to an assembly made of a cooling pipe for an arc plasma torch, which comprises an elongated body having a rear end that can be detachably connected to an electrode holder of an arc plasma torch and further comprises a coolant channel extending through the same, and an electrode holder for an arc plasma torch, said holder comprising an elongated body having one end for receiving an electrode and a hollow interior, wherein at least one projection for centering the cooling pipe in the electrode holder is provided on the outside surface of the cooling pipe.

Description

Kjellberg Finsterwalde Plasma und Maschinen GmbH, Leipziger Strasse 82, D-03238 Kjellberg Finsterwalde Plasma und Maschinen GmbH, Leipziger Strasse 82, D-03238
FinsterwaldeFinsterwalde
„Kühlrohre, Elektrodenaufhahmen und Elektrode für einen Lichtbogenplasmabrenner sowie Anordnungen aus denselben und Lichtbogenplasmabrenner mit denselben""Cooling tubes, electrode mountings and electrode for an arc plasma torch and arrangements of same and arc plasma torches with same"
Die vorliegende Erfindung betrifft Kühlrohre, Elektrodenaufhahmen und Elektroden für einen Lichtbogenplasmabrenner, sowie Anordnungen aus denselben und einen Plasmalichtbogenbrenner mit denselben.The present invention relates to cooling tubes, electrode mounts and electrodes for an arc plasma torch, and to arrangements of the same and a plasma arc torch with the same.
Als Plasma wird ein thermisch hoch aufgeheiztes elektrisch leitfähiges Gas bezeichnet, das aus positiven und negativen Ionen, Elektronen sowie angeregten und neutralen Atomen und Molekülen besteht.Plasma is a thermally highly heated electrically conductive gas, which consists of positive and negative ions, electrons and excited and neutral atoms and molecules.
Als Plasmagas werden unterschiedliche Gase, zum Beispiel das einatomige Argon und/oder die zweiatomigen Gase Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff oder Luft eingesetzt. Diese Gase ionisieren und dissoziieren durch die Energie eines Lichtbogens. Der durch eine Düse eingeschnürte Lichtbogen wird dann als Plasmastrahl bezeichnet.The plasma gas used is a variety of gases, for example the monatomic argon and / or the diatomic gases hydrogen, nitrogen, oxygen or air. These gases ionize and dissociate through the energy of an arc. The narrowed by a nozzle arc is then referred to as plasma jet.
Der Plasmastrahl kann in seinen Parametern durch die Gestaltung der Düse und Elektrode stark beeinflusst werden. Diese Parameter des Plasmastrahls sind zum Beispiel der Strahldurchmesser, die Temperatur, Energiedichte und die Strömungsgeschwindigkeit des Gases. Beim Plasmaschneiden beispielsweise wird das Plasma durch eine Düse, die gas- oder wassergekühlt sein kann, eingeschnürt. Dadurch können Energiedichten bis 2x106 W/cm2 erreicht werden. Im Plasmastrahl entstehen Temperaturen bis 30.000 °C, die in Verbindung mit der hohen Strömungsgeschwindigkeit des Gases sehr hohe Schneidgeschwindigkeiten an Werkstoffen realisieren.The plasma jet can be greatly influenced in its parameters by the design of the nozzle and electrode. These parameters of the plasma jet are, for example, the beam diameter, the temperature, the energy density and the flow velocity of the gas. In plasma cutting, for example, the plasma is constricted through a nozzle, which may be gas or water cooled. As a result, energy densities up to 2x10 6 W / cm 2 can be achieved. Temperatures of up to 30,000 ° C are generated in the plasma jet, which, in combination with the high flow velocity of the gas, produce very high cutting speeds on materials.
Wegen der hohen thermischen Belastung der Düse wird diese in der Regel aus einem metallischen Werkstoff, vorzugsweise wegen seiner hohen elektrischen Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit aus Kupfer, hergestellt. Gleiches gilt für die Elektrode, die aber auch aus Silber hergestellt sein kann. Die Düse wird dann in einem Lichtbogenplasmabrenner, kurz Plasmabrenner genannt, dessen Hauptbestandteile ein Plasmabrennerkopf, eine Düsenkappe, ein Plasmagasführungsteil, eine Düse, eine Düsenhalterung, eine Elektrode mit Elektrodeneinsatz und bei modernen Plasmabrennern eine Düsenschutzkappenhalterung und eine Düsenschutzkappe sind, eingesetzt. In der Elektrode befindet sich beispielsweise ein spitzer Elektrodeneinsatz aus Wolfram, der für den Einsatz nicht oxidierender Gase als Plasmagas, zum Beispiel ein Argon- Wasserstoff-Gemisch geeignet ist. Eine sogenannte Flachelektrode, deren Elektrodeneinsatz beispielsweise aus Hafnium besteht, ist auch für den Einsatz oxidierender Gase als Plasmagas, zum Beispiel Luft oder Sauerstoff, geeignet.Because of the high thermal load of the nozzle, this is usually made of a metallic material, preferably because of its high electrical conductivity and thermal conductivity of copper. The same applies to the electrode, which can also be made of silver. The nozzle is then inserted into an arc plasma torch, or plasma torch, whose main components are a plasma torch head, a nozzle cap, a plasma gas guide member, a nozzle, a nozzle holder, an electrode insert electrode and, in modern plasma torches, a nozzle cap retainer and nozzle cap. In the electrode is, for example, a pointed tungsten electrode insert which is suitable for the use of non-oxidizing gases as plasma gas, for example an argon-hydrogen mixture. A so-called flat electrode whose electrode insert consists for example of hafnium is also suitable for the use of oxidizing gases as plasma gas, for example air or oxygen.
Um eine hohe Lebensdauer für die Düse und die Elektrode zu erreichen, wird oft mit einer Flüssigkeit, zum Beispiel Wasser, gekühlt, es kann aber auch mit einem Gas gekühlt werden.To achieve a long service life for the nozzle and the electrode is often cooled with a liquid, for example water, but it can also be cooled with a gas.
Insofern wird in flüssigkeitsgekühlte und gasgekühlte Plasmabrenner unterschieden.In this respect, a distinction is made in liquid-cooled and gas-cooled plasma torches.
Nach dem Stand der Technik besteht die Elektrode aus einem gut elektrisch und Wärme leitendem Material, z.B. Kupfer und Silber oder deren Legierungen, und einem Elektrodeneinsatz, der aus einem temperaturfesten Werkstoff, z. B. Wolfram, Zirkonium oder Hafnium besteht. Für sauerstoffhaltige Plasmagase kann Zirkonium eingesetzt werden. Wegen seiner besseren thermischen Eigenschaften ist allerdings Hafnium besser geeignet, da dessen Oxid temperaturbeständiger ist.According to the prior art, the electrode consists of a good electrical and heat conductive material, such as copper and silver or their alloys, and an electrode insert made of a temperature-resistant material, eg. As tungsten, zirconium or hafnium. Zirconium can be used for oxygen-containing plasma gases. Because of its better thermal properties, however, hafnium is more suitable because its oxide is more temperature resistant.
Um eine hohe Lebensdauer der Elektrode zu erreichen, wird der Hochtemperaturwerkstoff als Emissionseinsatz in die Fassung eingebracht, die dann gekühlt wird. Die effektivste Art der Kühlung ist die Flüssigkeitskühlung.In order to achieve a long service life of the electrode, the high-temperature material is introduced as an emission insert in the socket, which is then cooled. The most effective way of cooling is liquid cooling.
Im Plasmabrenner ist die Anordnung einer innen hohl gestalteten Elektrode und eines darin befindlichen Kühlrohres bekannt. In beispielsweise DD 87 361 strömt Wasser durch das Innere des Kühlrohres, spült den Boden der Elektrode an und strömt dann zwischen der Innenfläche der Elektrode und der Außenfläche des Kühlrohrs zurück.In the plasma torch, the arrangement of an internally hollow-shaped electrode and a cooling tube therein is known. In, for example, DD 87,361, water flows through the interior of the cooling tube, flushes the bottom of the electrode, and then flows back between the inner surface of the electrode and the outer surface of the cooling tube.
Oft verfügt die Elektrode über einen sich nach innen ausstreckenden zylindrischen oder kegelförmigen Bereich, über den das Kühlrohr ragt. Die Kühlflüssigkeit umströmt diesen Bereich und soll einen besseren Wärmeaustausch zwischen Elektrode und der Kühlflüssigkeit sichern.Often, the electrode has an inwardly extending cylindrical or conical portion over which the cooling tube projects. The coolant flows around this area and is intended to ensure better heat exchange between the electrode and the coolant.
Dennoch kommt es immer wieder insbesondere bei hoher Einschaltdauer zu Überhitzungen an der Elektrode, was sich in starker Verfärbung der Elektrodenaufnahme und in schnellem Rückbrand des Elektrodeneinsatzes zeigt.Nevertheless, overheating of the electrode occurs over and over again, especially at high duty cycle, which is reflected in strong discoloration of the electrode holder and in rapid burn-back of the electrode insert.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Überhitzung der Elektrode von Lichtbogenplasmabrennern zu vermeiden, zumindest aber zu reduzieren.The invention is therefore based on the object to avoid overheating of the electrode of arc plasma torches, but at least to reduce.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Kühlrohr für einen Lichtbogenplasmabrenner, umfassend einen länglichen Körper mit einem in dem offenen Ende einer Elektrode anordbaren Ende und einem sich durch selbigen erstreckenden Kühlmittelkanal, dadurch gekennzeichnet, dass an besagtem Ende eine wulstartige nach innen und/oder außen gerichtete Verdickung der Wand des Kühlrohres vorliegt.According to the invention, this object is achieved by a cooling tube for an arc plasma torch, comprising an elongated body having an end which can be arranged in the open end of an electrode and extending therethrough Coolant channel, characterized in that there is a bead-like inward and / or outward thickening of the wall of the cooling tube at said end.
Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch eine Anordnung aus einem Kühlrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und einer Elektrode, die einen hohlen länglichen Körper mit einem offenen Ende zum Anordnen des vorderen Endes eines Kühlrohres und einem geschlossenen Ende aufweist, wobei die Bodenfläche des offenen Endes einen vorstehenden Bereich aufweist, über den sich das Ende des Kühlrohres erstreckt, und sich die Verdickung in Längsrichtung über mindestens den vorstehenden Bereich erstreckt.Furthermore, this object is achieved by an arrangement of a cooling tube according to one of claims 1 to 3 and an electrode having a hollow elongate body with an open end for arranging the front end of a cooling tube and a closed end, wherein the bottom surface of the open end a protruding portion over which the end of the cooling tube extends, and the thickening extends longitudinally beyond at least the protruding portion.
Ferner wird diese Aufgabe gelöst durch ein Kühlrohr für einen Lichtbogenplasmabrenner, umfassend einen länglichen Körper mit einem mit einer Elektrodenaufnahme eines Lichtbogenplasmabrenners lösbar verbindbaren hinteren Ende und einem sich durch ihn erstreckenden Kühlmittelkanal, dadurch gekennzeichnet, dass zum lösbaren Verbinden des hinteren Endes mit einer Elektrodenaufnahme ein Außengewinde vorgesehen ist, wobei sich daran eine zylindrische Außenfläche zum Zentrieren des Kühlrohres zur Elektrodenaufnahme anschließt.Furthermore, this object is achieved by a cooling tube for an arc plasma torch, comprising an elongate body with a releasably connectable to an electrode holder of an arc plasma torch rear end and a extending through him coolant channel, characterized in that for releasably connecting the rear end with an electrode receptacle, an external thread is provided, wherein it is followed by a cylindrical outer surface for centering the cooling tube to the electrode holder.
Darüber hinaus wird diese Aufgabe gelöst durch eine Elektrodenaufnahme für einen Lichtbogenplasmabrenner, umfassend einen länglichen Körper mit einem Ende zur Aufnahme einer Elektrode und einem hohlen Inneren, dadurch gekennzeichnet, dass in dem hohlen Inneren ein Innengewinde zum Einschrauben eines hinteren Endes eines Kühlrohres vorgesehen ist, wobei sich daran eine zylindrische Innenfläche zum Zentrieren dese Kühlrohres zur Elektrodenaufnahme anschließt.In addition, this object is achieved by an electrode holder for an arc plasma torch, comprising an elongate body having an end for receiving an electrode and a hollow interior, characterized in that in the hollow interior, an internal thread for screwing in a rear end of a cooling tube is provided it is followed by a cylindrical inner surface for centering dese cooling tube for electrode recording.
Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch eine Anordnung aus einem Kühlrohr nach einem der Ansprüche 9 bis 13 und einer Elektrodenaufnahme nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Kühlrohr mit der Elektrodenaufnahme über das Außengewinde und das Innengewinde verschraubt ist. Außerdem wird diese Aufgabe gelöst durch eine Anordnung aus einem Kühlrohr für einen Lichtbogenplasmabrenner, der einen länglichen Körper mit einem mit einer Elektronenaufnahme eines Lichtbogenplasmabrenners lösbar verbindbaren hinteren Ende und einen sich durch ihn erstreckenden Kühlmitttelkanal umfasst und einer Elektrodenaufnahme für einen Lichtbogenplasmabrenner, die einen länglichen Körper mit einem Ende zur Aufnahme einer Elektrode und einem hohlen Inneren umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Außenfläche des Kühlrohres mindestens ein Vorsprung zum Zentrieren des Kühlrohres in der Elek-trodenaufhahme vorgesehen ist.Furthermore, this object is achieved by an arrangement of a cooling tube according to one of claims 9 to 13 and an electrode holder according to one of claims 14 to 16, wherein the cooling tube is screwed to the electrode holder via the external thread and the internal thread. In addition, this object is achieved by an arrangement of a cooling tube for an arc plasma torch comprising an elongated body with a releasably connectable to an electron beam of an arc plasma burner rear end and a coolant channel extending therethrough and an electrode holder for an arc plasma torch having an elongated body with an end for receiving an electrode and a hollow interior, characterized in that on the outer surface of the cooling tube at least one projection for centering the cooling tube is provided in the elec trodenaufhahme.
Ferner liefert die vorliegende Erfindung eine Elektrode für einen Lichtbogenplasmabrenner, umfassend einen hohlen länglichen Körper mit einem offenen Ende zum Anordnen des vorderen Endes eines Kühlrohres in selbigem und einem geschlossenen Ende, wobei das offene Ende ein Außengewinde zum Verschrauben mit dem Innengewinde einer Elektrodenaufhahme aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich an das Außengewinde zum geschlossenen Ende hin eine zylindrische Außenfläche zum Zentrieren der Elektrode zur Elektrodenaufnahme anschließt.Further, the present invention provides an arc plasma torch electrode comprising a hollow elongate body having an open end for locating the front end of a cooling tube in the same and a closed end, the open end having an external thread for screwing to the internal thread of an electrode holder characterized in that adjoins the external thread to the closed end, a cylindrical outer surface for centering the electrode for electrode recording.
Des weiteren stellt die vorliegende Erfindung bereit eine Elektrodenaufnahme für einen Lichtbogenplasmabrenner, umfassend einen länglichen Körper mit einem mit einem Innengewinde versehenen Ende zur Aufnahme einer Elektrode und einem hohlen Inneren, dadurch gekennzeichnet, dass sich an das Innengewinde eine zylindrische Innenfläche zum Zentrieren der Elektrode zur Elektrodenaufnahme anschließt.Further, the present invention provides an electrode holder for an arc plasma torch, comprising an elongated body having an internally threaded end for receiving an electrode and a hollow interior, characterized in that the internal thread has a cylindrical inner surface for centering the electrode for electrode reception followed.
Ferner liefert die vorliegende Erfindung eine Anordnung aus einer Elektrode nach einem der Ansprüche 24 bis 28 und einer Elektrodenaufnahme nach einem der Ansprüche 29 bis 31, wobei die Elektrode mit der Elektrodenaufnahme über das Außengewinde und das Innengewinde verschraubt ist. Gemäß einem weiteren Aspekt wird diese Aufgabe gelöst durch einen Lichtbogenplasmabrenner mit einem Kühlrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 9 bis 13, einer Elek-trodenaufnahme nach einem der Ansprüche 14 bis 16 oder 29 bis 31, einer Elektrode nach einem der Ansprüche 24 bis 28 oder einer Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, 17 bis 23 oder 32 bis 33.Furthermore, the present invention provides an assembly of an electrode according to any one of claims 24 to 28 and an electrode holder according to any one of claims 29 to 31, wherein the electrode is screwed to the electrode holder via the external thread and the internal thread. According to a further aspect, this object is achieved by an arc plasma torch with a cooling tube according to one of claims 1 to 3 or 9 to 13, an electrode holder according to one of claims 14 to 16 or 29 to 31, an electrode according to one of claims 24 to 28 or an arrangement according to one of claims 4 to 8, 17 to 23 or 32 to 33.
Vorteilhafterweise erstreckt sich bei dem Kühlrohr gemäß Anspruch 1 die Verdickung in Längsrichtung des Kühlrohres über mindestens einen Millimeter.Advantageously, in the cooling tube according to claim 1, the thickening in the longitudinal direction of the cooling tube extends over at least one millimeter.
Günstigerweise führt die Verdickung zu einer Erhöhung des Außendurchmessers um mindestens 0,2 Millimeter und/oder zu einer Verringerung des Innendurchmessers um mindestens 0,2 Millimeter.Conveniently, the thickening leads to an increase in the outer diameter by at least 0.2 millimeters and / or a reduction in the inner diameter by at least 0.2 millimeters.
Bei der Anordnung gemäß Anspruch 4 kann vorgesehen sein, dass sie zusätzlich eine Elektrodenaufnahme umfasst, die einen länglichen Körper mit einem Ende zur Aufnahme der Elektrode und einem hohlen Inneren aufweist, wobei sich das Kühlrohr in das hohle Innere hinein erstreckt und auf der Außenfläche des Kühlrohres mindestens ein Vorsprung zum Zentrieren des Kühlrohres in der Elektrodenaufnahme vorgesehen ist.In the arrangement according to claim 4 it can be provided that it additionally comprises an electrode holder, which has an elongate body with an end for receiving the electrode and a hollow interior, wherein the cooling tube extends into the hollow interior and on the outer surface of the cooling tube at least one projection for centering the cooling tube is provided in the electrode holder.
Vorteilhafterweise ist eine erste Gruppe von Vorsprüngen vorgesehen, die im Abstand zueinander umlaufend angeordnet sind.Advantageously, a first group of projections is provided, which are arranged circumferentially at a distance from each other.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass sie im Abstand zueinander umlaufend angeordnet sind, wobei die zweite Gruppe zur ersten Gruppe axial versetzt ist.In particular, it can be provided that they are arranged circumferentially spaced from each other, wherein the second group is axially offset from the first group.
Noch bevorzugter ist zweite Gruppe von Vorsprüngen zur ersten Gruppe von Vorsprüngen umlaufend versetzt ist. Bei dem Kühlrohr gemäß Anspruch 9 kann eine Anschlagfläche zum axialen Fixieren des Kühlrohres in der Elektrodenaufhahme vorgesehen sein.More preferably, the second group of protrusions is circumferentially offset from the first group of protrusions. In the cooling tube according to claim 9, a stop surface for axially fixing the cooling tube may be provided in the Elektrodenaufhahme.
Vorteilhafterweise weist die zylindrische Außenfläche eine umlaufende Nut auf.Advantageously, the cylindrical outer surface has a circumferential groove.
Insbesondere kann in der Nut ein Rundring zum Abdichten angeordnet sein.In particular, a round ring can be arranged for sealing in the groove.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung weist die zylindrische Außenfläche einen Außendurchmesser auf, der genauso groß wie oder größer als der Außendurchmesser des Außengewindes ist.According to a particular embodiment of the invention, the cylindrical outer surface has an outer diameter which is equal to or greater than the outer diameter of the external thread.
Bei der Elektrodenaufnahme gemäß Anspruch 14 ist günstigerweise eine Anschlagfläche zum axialen Fixieren des Kühlrohres in der Elektrodenaufnahme vorgesehen.In the electrode holder according to claim 14, a stop surface for axially fixing the cooling tube is advantageously provided in the electrode holder.
Vorteilhafterweise weist die zylindrische Innenfläche einen Innendurchmesser auf, der genauso groß wie oder größer als der Innendurchmesser des Innengewindes ist. Dabei gilt D6.1 = (D.61a- D6.1i) /2.Advantageously, the cylindrical inner surface has an inner diameter which is equal to or greater than the inner diameter of the inner thread. D6.1 = (D.61a-D6.1i) / 2.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Anordnung gemäß Anspruch 17 sind das Kühlrohr und die Elektrodenaufnahme so gestaltet, dass sich zum vorderen Ende hin zwischen ihnen ein Ringspalt befindet.According to a particular embodiment of the arrangement according to claim 17, the cooling tube and the electrode holder are designed so that there is an annular gap to the front end between them.
Weiterhin ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die zylindrische Außenfläche des Kühlrohres und die zylindrische Innenfläche der Elektrodenaufnahme zueinander eng toleriert sind. Bei der Anordnung gemäß Anspruch 20 ist günstigerweise eine erste Gruppe von Vorsprüngen vorgesehen, die im Abstand zueinander umlaufend angeordnet sind. Insbesondere können genau drei Vorsprünge vorgesehen sein, die vorzugsweise um 120° versetzt zueinander angeordnet sind.Furthermore, it is advantageously provided that the cylindrical outer surface of the cooling tube and the cylindrical inner surface of the electrode holder are closely tolerated each other. In the arrangement according to claim 20, a first group of projections is advantageously provided, which are arranged circumferentially at a distance from each other. In particular, exactly three projections can be provided, which are preferably arranged offset by 120 ° to each other.
Weiterhin kann eine zweite Gruppe von Vorsprüngen vorgesehen sein, die im Abstand zueinander umlaufend angeordnet sind, wobei die zweite Gruppe zur ersten Gruppe axial versetzt ist. Die zweite Gruppe von Vorsprüngen kann ebenfalls aus genau drei Vorsprüngen bestehen, die vorzugsweise um 120° zueinander versetzt angeordnet sind.Furthermore, a second group of projections may be provided, which are arranged circumferentially spaced from each other, wherein the second group is axially offset from the first group. The second group of projections may also consist of exactly three projections, which are preferably offset by 120 ° to each other.
Vorteilhafterweise ist die zweite Gruppe von Vorsprüngen zur ersten Gruppe von Vorsprüngen umlaufend versetzt. Beispielsweise kann der Versatz 60° betragen.Advantageously, the second group of projections is circumferentially offset from the first group of projections. For example, the offset may be 60 °.
Bei der Elektrode gemäß Anspruch 24 kann günstigerweise eine Anschlagfläche zum axialen Fixieren der Elektrode in der Elektrodenaufnahme vorgesehen sein.In the case of the electrode according to claim 24, an abutment surface for axially fixing the electrode in the electrode receptacle may conveniently be provided.
Insbesondere kann die zylindrische Außenfläche eine umlaufende Nut aufweisen, in der vorzugsweise ein Rundring zum Abdichten angeordnet ist.In particular, the cylindrical outer surface may have a circumferential groove, in which a round ring is preferably arranged for sealing.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die zylindrische Außenfläche einen Außendurchmesser auf, der genauso groß wie oder größer als der Außendurchmesser des Außengewindes ist.According to a particularly advantageous embodiment, the cylindrical outer surface has an outer diameter which is equal to or greater than the outer diameter of the external thread.
Bei der Elektrodenaufnahme gemäß Anspruch 29 kann eine Anschlagfläche zum axialen Fixieren einer Elektrode in der Elektrodenaufnahme vorgesehen sein. Vorteilhafterweise weist die zylindrische Innenfläche einen Innendurchmesser auf, der genauso groß wie oder größer als der Innendurchmesser des Innengewindes ist. Dabei ist D6.4 = (D6.4a + D6.4i)/2.In the electrode holder according to claim 29, a stop surface for axially fixing an electrode may be provided in the electrode holder. Advantageously, the cylindrical inner surface has an inner diameter which is equal to or greater than the inner diameter of the inner thread. Where D6.4 = (D6.4a + D6.4i) / 2.
Bei der Anordnung gemäß Anspruch 32 sind vorteilhafterweise die die zylindrische Außenfläche der Elektrode und die zylindrische Innenfläche der Elektrodenaufnahme zueinander eng toleriert. Hier wird üblicherweise eine so genannte Übergangspassung verwendet, das heißt zum Beispiel Toleranz außen: 0 bis -0,01 mm, Toleranz innen: 0 bis +0,01 mm.In the arrangement according to claim 32, advantageously, the cylindrical outer surface of the electrode and the cylindrical inner surface of the electrode holder are closely tolerated each other. Here usually a so-called transition fit is used, that means for example tolerance outside: 0 to -0.01 mm, inside tolerance: 0 to +0.01 mm.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass durch die Verdickung die Spalte zwischen Kühlrohr und Elektrode enger werden, jedoch ohne eine Querschnittsverringerung im hinteren Bereich des Lichtbogenplasmabrennerkopfes. Damit wird eine hohe Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels vorn zwischen Kühlrohr und Elektrode erreicht, was den Wärmeübergang verbessert.The invention is based on the surprising finding that the gaps between the cooling tube and the electrode become narrower due to the thickening, but without a cross-sectional reduction in the rear region of the arc plasma burner head. Thus, a high flow velocity of the coolant is achieved in front between the cooling tube and electrode, which improves the heat transfer.
Der Wärmeübergang wird zusätzlich oder alternativ durch geeignete Zentrierung von Komponenten des Plasmabrennerkopfes verbessert.The heat transfer is additionally or alternatively improved by suitable centering of components of the plasma burner head.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass der Wärmeübergang zwischen der Elektrode und dem Kühlmittel nicht optimal ist. Dabei können der Druck, die Strömungsgeschwindigkeit, der Volumenstrom und/oder die Druckdifferenz des Kühlmittels im Strömungsweg im vorderen Bereich, in dem das Kühlrohr über den sich nach innen erstreckenden Bereich der Elektrode ragt, nicht ausreichend sein. Außerdem ist das Problem erkannt worden, dass der Ringspalt zwischen der Elektrode und Kühlrohr durch eine nichtzentrische Lage auf seinem Kreisumfang unterschiedlich groß sein kann. Dadurch kommt es zur ungleichmäßigen Verteilung des Kühlmittels um den sich nach innen erstreckenden Bereich der Elektrode. Dies verschlechtert die Kühlung. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefugten Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der vier Ausfuhrungsbeispiele anhand der schematischen Zeichnungen im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt:The invention is based on the finding that the heat transfer between the electrode and the coolant is not optimal. In this case, the pressure, the flow velocity, the volume flow and / or the pressure difference of the coolant in the flow path in the front region, in which the cooling tube protrudes beyond the inwardly extending region of the electrode, may not be sufficient. In addition, the problem has been recognized that the annular gap between the electrode and cooling tube can be different in size due to a non-centric position on its circumference. This results in uneven distribution of the coolant around the inwardly extending portion of the electrode. This worsens the cooling. Further features and advantages of the invention will become apparent from the attached claims and the following description in which four exemplary embodiments are explained with reference to the schematic drawings in detail. Showing:
Figur 1 eine Längsschnittansicht eines Plasmabrennerkopfes gemäß einer ersten besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;Figure 1 is a longitudinal sectional view of a plasma burner head according to a first particular embodiment of the present invention;
Figur 2 eine Einzeldarstellung eines Kühlrohres des in Figur 1 gezeigtenFIG. 2 shows an individual view of a cooling tube of the one shown in FIG
Plasmabrennerkopfes in Draufsicht (links) und in Längsschnittansicht (rechts);Plasma burner head in plan view (left) and in longitudinal section view (right);
Figur 3 Details der Verbindung zwischen Elektrode und Elektrodenaufnahme inFIG. 3 Details of the connection between electrode and electrode receptacle in FIG
Längsschnittansicht des in Figur 1 gezeigten Plasmabrennerkopfes;Longitudinal sectional view of the plasma burner head shown in Figure 1;
Figur 4 Details der in Figur 3 gezeigten Elektrodenaufnahme teilweise imFIG. 4 shows details of the electrode receptacle shown in FIG
Längsschnitt;Longitudinal section;
Figur 5 Details der Verbindung zwischen der Elektrodenaufnahme und demFigure 5 details of the connection between the electrode holder and the
Kühlrohr des in Figur 1 gezeigten Plasmabrennerkopfes;Cooling tube of the plasma burner head shown in Figure 1;
Figur 6 Details der in Figur 5 gezeigten Elektrodenaufnahme teilweise inFIG. 6 Details of the electrode holder shown in FIG. 5 partially in FIG
Längsschnittansicht;Longitudinal section view;
Figur 7 ein Detail (Schnitt A-A) der Verbindung zwischen derFigure 7 shows a detail (section A-A) of the connection between the
Elektrodenaufnahme und dem Kühlrohr des in Figur 1 gezeigten Plasmabrennerkopfes ; Figur 8 eine Einzeldarstellung der Elektrode des in Figur 1 gezeigtenElectrode holder and the cooling tube of the plasma burner head shown in Figure 1; FIG. 8 shows an individual view of the electrode of the one shown in FIG
Plasmabrennerkopfes in Längsschnittansicht;Plasma burner head in longitudinal section view;
Figur 9 eine Längsschnittansicht eines Plasmabrennerkopfes gemäß einer zweiten besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;Fig. 9 is a longitudinal sectional view of a plasma burner head according to a second specific embodiment of the present invention;
Figur 10 eine Einzeldarstellung eines Kühlrohres des in Figur 9 gezeigtenFIG. 10 shows an individual view of a cooling tube of the one shown in FIG
Plasmabrennerkopfes in Draufsicht (links) und in Längsschnittansicht (rechts);Plasma burner head in plan view (left) and in longitudinal section view (right);
Figur 11 Details der Verbindung zwischen der Elektrodenaufnahme und demFigure 11 Details of the connection between the electrode holder and the
Kühlrohr des in Figur 9 gezeigten Plasmabrennerkopfes;Cooling tube of the plasma burner head shown in Figure 9;
Figur 12 eine Längsschnittansicht eines Plasmabrennerkopfes gemäß einer dritten besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;Fig. 12 is a longitudinal sectional view of a plasma burner head according to a third specific embodiment of the present invention;
Figur 13 eine Einzeldarstellung eines Kühlrohres des in Figur 12 gezeigtenFIG. 13 shows an individual view of a cooling tube of the one shown in FIG
Plasmabrennerkopfes in Draufsicht (links) und in Längsschnittansicht (rechts);Plasma burner head in plan view (left) and in longitudinal section view (right);
Figur 14 Details der Verbindung zwischen der Elektrodenaufnahme und demFigure 14 Details of the connection between the electrode holder and the
Kühlrohr des in Figur 12 gezeigten Plasmabrennerkopfes;Cooling tube of the plasma burner head shown in Figure 12;
Figur 15 eine Längsschnittansicht eines Plasmabrennerkopfes gemäß einer vierten besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Figur 16 eine Einzeldarstellung eines Kühlrohres des in Figur 15 gezeigtenFig. 15 is a longitudinal sectional view of a plasma burner head according to a fourth specific embodiment of the present invention; FIG. 16 shows an individual view of a cooling tube of the one shown in FIG
Plasmabrennerkopfes in Draufsicht (links) und in Längsschnittansicht (rechts); undPlasma burner head in plan view (left) and in longitudinal section view (right); and
Figur 17 Details der Verbindung zwischen der Elektrodenaufnahme und demFigure 17 Details of the connection between the electrode holder and the
Kühlrohr des in Figur 15 gezeigten Plasmabrennerkopfes.Cooling tube of the plasma burner head shown in Figure 15.
Figur 1 zeigt eine erste besondere Ausführungsform eines Plasmabrennerkopfes 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Besagter Plasmabrennerkopf weist eine Elektrode 7, eine Elektrodenaufnahme 6, ein Kühlrohr 10, eine Düse 4, eine Düsenkappe 2 und eine Gasführung 3 auf. Die Düse 4 wird durch die Düsenkappe 2 und einen Düsenhalter 5 fixiert. Die Elektrodenaufnahme 6 nimmt die Elektrode 7 und das Kühlrohr 10 jeweils über ein Gewinde, nämlich Innengewinde 6.4 und Innengewinde 6.1, auf. Die Gasführung 3 befindet sich zwischen der Elektrode 7 und der Düse 4 und versetzt ein Plasmagas PG in Rotation. Des weiteren verfügt der Plasmabrennerkopf 1 über eine Sekundärgasschutzkappe 9, die in diesem Ausführungsbeispiel auf eine Düsenschutzkappenhalterung 8 aufgeschraubt ist. Zwischen der Sekundärgasschutzkappe 9 und der Düsenkappe 2 strömt ein Sekundärgas SG, das die Düse 4, insbesondere die Düsenspitze schützt.Figure 1 shows a first particular embodiment of a plasma burner head 1 according to the present invention. Said plasma burner head has an electrode 7, an electrode holder 6, a cooling tube 10, a nozzle 4, a nozzle cap 2 and a gas guide 3. The nozzle 4 is fixed by the nozzle cap 2 and a nozzle holder 5. The electrode holder 6 receives the electrode 7 and the cooling tube 10 in each case via a thread, namely internal thread 6.4 and internal thread 6.1, on. The gas guide 3 is located between the electrode 7 and the nozzle 4 and sets a plasma gas PG in rotation. Furthermore, the plasma burner head 1 has a secondary gas protection cap 9, which is screwed onto a nozzle protection cap holder 8 in this exemplary embodiment. Between the secondary gas protection cap 9 and the nozzle cap 2 flows a secondary gas SG, which protects the nozzle 4, in particular the nozzle tip.
Das Kühlrohr 10 (siehe auch Figur 2) ist am hinteren Teil der Elektrodenaufnahme 6 befestigt und die Elektrode 7 ist am vorderen Teil der Elektrodenaufnahme 6 befestigt. Das Kühlrohr 10 ragt über einen sich nach innen, das heißt von der Düsenspitze weg erstreckenden Bereich 7.5 (siehe auch Figuren 3 und 8) der Elektrode 7. In diesem Bereich ist der Innendurchmesser DlO.8 auf der Länge LlO.8 des Kühlrohres 10 kleiner als der Innendurchmesser D10.9 des nach hinten gerichteten Innenabschnitts 10.9 des Kühlrohres 10 und ist der Außendurchmesser D 10.10 auf der Länge L 10.10 des Kühlrohres 10 größer als der Außendurchmesser D 10.11 des nach hinten gerichteten Außenabschnitts 10.11 des Kühlrohres 10. Es entsteht also eine wulstartige nach innen und nach außen gerichtete Verdickung 10.18 der Wand 10.19 des Kühlrohres. Dadurch wird erreicht, dass der dem Kühlmittel zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt nur in dem vorderen Innenabschnitt 10.8 und vorderen Außenabschnitt 10.10, in denen eine hohe Strömungsgeschwindigkeit eines Kühlmittels für eine gute Wärmeabfuhr benötigt wird, verengt ist und im hinteren Bereich ein möglichst großer Strömungsquerschnitt zur Verfügung steht, um möglichst geringe Druckverluste in dem hinteren Innenabschnitt 10.9 und hinteren Außenabschnitt 10.11 zu haben. Ein Kühlmittel strömt zunächst im Strömungsweg durch WVl (Wasservorlauf 1) den Innenraum des Kühlrohres 10, trifft auf den sich nach innen erstreckenden Bereich 7.5 der Elektrode 7, bevor es über den Strömungsweg WRl (Wasserrücklauf 1) in dem Raum zwischen dem Kühlrohr 10 und der Elek-trode 7 sowie der Elektrodenaufnahme 6 zurückströmt.The cooling tube 10 (see also FIG. 2) is fastened to the rear part of the electrode holder 6 and the electrode 7 is fastened to the front part of the electrode holder 6. The cooling tube 10 protrudes beyond an inwardly, ie away from the nozzle tip area 7.5 (see also Figures 3 and 8) of the electrode 7. In this area, the inner diameter DlO.8 on the length LlO.8 of the cooling tube 10 is smaller as the inner diameter D10.9 of the rearwardly directed inner portion 10.9 of the cooling tube 10 and the outer diameter D is 10.10 on the length L 10.10 of the cooling tube 10 is greater than the outer diameter D 10.11 of the rearwardly directed outer portion 10.11 of the cooling tube 10. Thus, there is a bead-like inward and outward thickening 10.18 of the wall 10.19 of the cooling tube. This ensures that the the Coolant flow cross-section available only in the front inner section 10.8 and front outer section 10.10, in which a high flow velocity of a coolant is required for good heat dissipation, is narrowed and in the rear area as large a flow cross section is available to minimize pressure losses in the rear inner section 10.9 and rear outer section 10.11 to have. A coolant first flows in the flow path through WVl (water supply 1) the interior of the cooling tube 10, strikes the inwardly extending portion 7.5 of the electrode 7, before it via the flow path WRl (water return 1) in the space between the cooling tube 10 and the Elek-trode 7 and the electrode holder 6 flows back.
Der Plasmastrahl (nicht dargestellt) hat seinen Ansatzpunkt an der Außenfläche eines Elektrodeneinsatzes 7.8. Dort entsteht die meiste Wärme, die abgeführt werden muss, um eine lange Lebensdauer der Elektrode 7 zu erreichen. Die Wärme wird über die Elektrode 7 aus Kupfer oder Silber zum Kühlmittel im Elektrodeninnenraum geleitet.The plasma jet (not shown) has its starting point on the outer surface of an electrode insert 7.8. There, most of the heat that must be dissipated to achieve a long life of the electrode 7. The heat is conducted via the electrode 7 made of copper or silver to the coolant in the electrode interior.
In dem Abschnitt, in dem das Kühlrohr 10 über den sich nach innen erstreckenden Bereich 7.5 der Elektrode 7 ragt, ist der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen des vorderen Innenabschnitts 10.8 des Kühlrohres und des Elektrodenbereichs 7.5 der Elektrode 7 sowie des vorderen Außenabschnitts 10.10 und der Innenfläche 7.10 der Elektrode sehr klein. Er liegt im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm.In the portion where the cooling tube 10 protrudes beyond the inwardly extending portion 7.5 of the electrode 7, the distance between the opposing surfaces of the front inner portion 10.8 of the cooling tube and the electrode portion 7.5 of the electrode 7 and the front outer portion 10.10 and the inner surface 7.10 of the electrode very small. It is in the range of 0.1 to 0.5 mm.
Weiterhin strömt Kühlmittel im Raum zwischen der Düse 4 und der Düsenkappe 2 über einen Strömungsweg WV2 (Wasservorlauf 2) und WR2 (Wasserrücklauf 2).Furthermore, coolant flows in the space between the nozzle 4 and the nozzle cap 2 via a flow path WV2 (water supply 2) and WR2 (water return 2).
Wie auch in den Figuren 5 und 6 dargestellt ist, ist das Kühlrohr 10 mit der Elektrodenaufnahme 6 über das Außengewinde 10.1 und das Innengewinde 6.1 verschraubt. Das Kühlrohr 10 und die Elektrodenaufnahme 6 werden durch die zylindrische Außenfläche 10.3 des Kühlrohres 10 und die zylindrische Innenfläche 6.3 der Elektrodenaufnahme 6 zueinander zentriert. Diese sind eng zueinander toleriert, um eine gute Zentrierung zu erreichen. Dabei kann die Toleranz der zylindrischen Außenfläche 10.3 das Nennmaß des Außendurchmessers D 10.3 von 0 bis -0,01 mm und die Toleranz der zylindrischen Innenfläche 6.3 das Nennmaß des Innendurchmessers D6.3 von 0 bis +0,01 mm betragen. Das Innengewinde 6.1 der Elek-trodenaufnahme 6 und das Außengewinde 10.1 des Kühlrohres 10 haben zueinander ausreichend Spiel, damit das Kühlrohr 10 leicht in die Elektrodenaufnahme 6 eingeschraubt werden kann. Erst kurz vor dem Festziehen erfolgt die Zentrierung durch die eng tolerierten, sich im eingeschraubten Zustand gegenüberliegenden zylindrische Innenfläche 6.3 und zylindrische Außenfläche 10.3.As also shown in FIGS. 5 and 6, the cooling tube 10 is screwed to the electrode receptacle 6 via the external thread 10. 1 and the internal thread 6.1. The cooling tube 10 and the electrode holder 6 are formed by the cylindrical outer surface 10.3 of the cooling tube 10 and the cylindrical inner surface 6.3 of the electrode holder. 6 centered on each other. These are closely tolerated to each other to achieve a good centering. The tolerance of the cylindrical outer surface 10.3 may be the nominal dimension of the outer diameter D 10.3 from 0 to -0.01 mm and the tolerance of the cylindrical inner surface 6.3 the nominal dimension of the inner diameter D6.3 from 0 to +0.01 mm. The internal thread 6.1 of the electrode-receiving 6 and the external thread 10.1 of the cooling tube 10 have sufficient clearance to each other, so that the cooling tube 10 can be easily screwed into the electrode holder 6. Only shortly before tightening, the centering is done by the closely tolerated, opposite in the screwed state cylindrical inner surface 6.3 and cylindrical outer surface 10.3.
Der Außendurchmesser D 10.3 der zylindrischen Außenfläche 10.3 des Kühlrohres 10 ist mindestens genauso groß wie oder größer als der Außendurchmesser D 10.1 des Außengewindes 10.1.The outer diameter D 10.3 of the cylindrical outer surface 10.3 of the cooling tube 10 is at least as large as or larger than the outer diameter D 10.1 of the external thread 10.1.
Der Innendurchmesser D6.3 der zylindrischen Innenfläche 6.3 der Elektrodenaufnahme 6 ist größer als der minimale Innendurchmesser D6.1 des Innengewindes 6.1, wobei D6.1 = (D6.1a - D6.1i) / 2.The inner diameter D6.3 of the cylindrical inner surface 6.3 of the electrode holder 6 is greater than the minimum inner diameter D6.1 of the internal thread 6.1, wherein D6.1 = (D6.1a-D6.1i) / 2.
Die vorangehend beschriebene Zentrierung sichert die parallele Ausrichtung des Kühlrohres 10 zur Achse M des Plasmabrennerkopfes 1, einen gleichmäßigen Ringspalt zwischen Kühlrohr 10 und Elektrodenbereich 7.5 und damit eine gleichmäßige Verteilung des Kühlmittelstromes im Elektrodeninnenraum, insbesondere im Bereich des vorderen Abschnitts 10.8 des Kühlrohrs 20 und des sich nach innen erstreckenden Elektrodenbereiches 7.5. Im festgeschraubten Zustand liegen die Anschlagflächen 10.2 und 6.2 aufeinander. Damit erfolgt eine axiale Fixierung des Kühlrohres 10 in der Elektrodenaufnahme 6.The centering described above ensures the parallel alignment of the cooling tube 10 to the axis M of the plasma burner head 1, a uniform annular gap between the cooling tube 10 and electrode region 7.5 and thus a uniform distribution of the coolant flow in the electrode interior, in particular in the region of the front portion of the cooling tube 10 and 10.8 inwardly extending electrode area 7.5. In the bolted state, the stop surfaces are 10.2 and 6.2 to each other. This results in an axial fixation of the cooling tube 10 in the electrode holder. 6
Wie auch in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist, ist die Elektrode 7 mit der Elektrodenaufnahme 6 über das Außengewinde 7.4 und das Innengewinde 6.4 verschraubt. Die Elektrode 7 und die Elektrodenaufnahme 6 werden durch die zylindrische Außenfläche 7.6 der Elektrode 7 und die zylindrische Innenfläche 6.6 der Elektrodenaufhahme 6 zueinander zentriert. Dabei sind die Außenflächen eng zueinander toleriert, um eine gute Zentrierung zu erreichen. Dabei können die Toleranz der zylindrischen Außenfläche das Nennmaß des Außendurchmessers D7.6 von 0 bis -0,01 mm und die Toleranz der zylindrischen Innenfläche das Nennmaß des Innendurchmessers D6.6 von 0 bis +0,01 mm betragen. Das Innengewinde 6.4 der Elektrodenaufnahme 6 und das Außengewinde 7.4 der Elektrode 7 haben zueinander ausreichend Spiel, damit die Elektrode 7 leicht in die Elektrodenaufhahme 6 eingeschraubt werden kann. Erst kurz vor dem Festziehen erfolgt die Zentrierung durch die eng tolerierten, sich im eingeschraubten Zustand gegenüberliegenden zylindrische Flächen 6.6 und zylindrische Außenfläche 7.6.As also shown in FIGS. 3 and 4, the electrode 7 is screwed to the electrode receptacle 6 via the external thread 7.4 and the internal thread 6.4. The electrode 7 and the electrode holder 6 are formed by the cylindrical outer surface 7.6 of the electrode 7 and the cylindrical inner surface 6.6 of the Elektrodenaufhahme 6 centered to each other. The outer surfaces are closely tolerated to each other to achieve a good centering. The tolerance of the cylindrical outer surface may be the nominal dimension of the outer diameter D7.6 from 0 to -0.01 mm and the tolerance of the cylindrical inner surface the nominal dimension of the inner diameter D6.6 from 0 to +0.01 mm. The internal thread 6.4 of the electrode holder 6 and the external thread 7.4 of the electrode 7 have enough clearance to each other, so that the electrode 7 can be easily screwed into the Elektrodenaufhahme 6. Only shortly before tightening the centering is done by the closely tolerated, opposite in the screwed state cylindrical surfaces 6.6 and cylindrical outer surface 7.6.
Der Außendurchmesser D7.6 der zylindrischen Außenfläche 7.6 der Elektrode 7 ist mindestens genauso groß wie oder größer als der maximale Außendurchmesser D7.4 des Außengewindes 7.4 (siehe Figur 8).The outer diameter D7.6 of the cylindrical outer surface 7.6 of the electrode 7 is at least equal to or greater than the maximum outer diameter D7.4 of the external thread 7.4 (see FIG. 8).
Der Innendurchmesser D6.6 der zylindrischen Innenfläche 6.6 der Elektrodenaufnahme 6 ist größer als der Innendurchmesser D6.4 des Innengewindes 6.4, wobei D6.4 = (D6.4a + D6.4i)The inner diameter D6.6 of the cylindrical inner surface 6.6 of the electrode holder 6 is greater than the inner diameter D6.4 of the inner thread 6.4, wherein D6.4 = (D6.4a + D6.4i)
/ 2./ 2.
Die vorstehend beschriebene Zentrierung ist für die parallele Ausrichtung der Elektrode 6 zur Achse M des Plasmabrennerkopfes 1 notwendig, die wiederum für eine gleichmäßige Verteilung des Kühlmittelstromes im Elektrodeninnenraum, insbesondere im Bereich des vorderen Innenabschnitts 10.8 des Kühlrohrs 10 und des sich nach innen erstreckenden Bereiches 7.5 der Elektrode 7 sorgt. Die Zentrierung der Elektrode 7 zur Elektrodenaufnahme 6 dient zur Sicherung der Zentrizität zu den anderen Bauteilen des Plasmabrennerkopfes, insbesondere der Düse 4. Diese dient zur gleichmäßigen Ausbildung des Plasmastrahls, die durch Positionierung des Elektrodeneinsatzes 7.8 der Elektrode 7 zur Düsenbohrung 4.1 der Düse 4 mitbestimmt wird. Zusätzlich weist die zylindrische Außenfläche 7.6 eine Nut 7.3 auf, in der ein Rundring 7.2 zum Abdichten angeordnet ist. Im festgeschraubten Zustand liegen die Anschlagflächen 7.7 und 6.7 aufeinander. Damit erfolgt eine axiale Fixierung der Elektrode 7 in der Elektrodenaufnahme 6.The centering described above is necessary for the parallel alignment of the electrode 6 to the axis M of the plasma burner head 1, which in turn for a uniform distribution of the coolant flow in the electrode interior, in particular in the region of the front inner portion 10.8 of the cooling tube 10 and the inwardly extending portion 7.5 of Electrode 7 provides. The centering of the electrode 7 to the electrode holder 6 serves to secure the centricity to the other components of the plasma burner head, in particular the nozzle 4. This is used for uniform formation of the plasma jet, which is determined by positioning the electrode insert 7.8 of the electrode 7 to the nozzle bore 4.1 of the nozzle 4 , In addition, the cylindrical outer surface 7.6 has a groove 7.3, in which a round ring 7.2 is arranged for sealing. In the bolted state lie the stop surfaces 7.7 and 6.7 each other. This results in an axial fixation of the electrode 7 in the electrode holder. 6
Eine weitere Verbesserung der radialen Zentrierung des Kühlrohres 10 zur Elektrodenaufnahme 6 erfolgt über eine Gruppe von Vorsprüngen 10.6 und eine Gruppe von Vorsprüngen 10.7, die sich auf der Außenfläche des Kühlrohres 10 befinden. Sie fixieren den Abstand zur Innenfläche der Elektrodenaufnahme 6. In dieser Ausfuhrungsform sind je Gruppe drei um 120° auf dem Umfang der Außenfläche des Kühlrohres verteilte Vorsprünge 10.6 bzw. 10.7 und auch in Längsrichtung des Kühlrohres 1 zueinander mit einem Versatz LlOa angeordnet (siehe Figuren 2 und 7). Die Vorsprünge 10.6 sind in diesem Fall zu den Vorsprüngen 10.7 um 60° versetzt angeordnet. Durch diesen Versatz wird die radiale Zentrierung verbessert. Gleichzeitig können die Vorsprünge 10.7 als Gegenstück für ein Werkzeug (nicht gezeigt) zum Ein- und Ausschrauben des Kühlrohrs 10 genutzt werden. Die Vorsprünge 10.6 und 10.7 haben einen vom vorderen Bereich 10.8 aus gesehenen rechteckigen Querschnitt. Damit liegen nur die Ecken der rechteckigen Querschnitte an der zylindrischen Innenfläche 6.11 der Elektrodenaufnahme 6. So wird eine hohe Zentrizität bei gleichzeitig leichtgängiger Montage erreicht.A further improvement of the radial centering of the cooling tube 10 to the electrode holder 6 via a group of projections 10.6 and a group of projections 10.7, which are located on the outer surface of the cooling tube 10. They fix the distance to the inner surface of the electrode holder 6. In this embodiment, three groups distributed by 120 ° on the circumference of the outer surface of the cooling tube projections 10.6 and 10.7 and also in the longitudinal direction of the cooling tube 1 to each other with an offset LlOa arranged (see FIGS and 7). The projections 10.6 are offset in this case to the projections 10.7 offset by 60 °. This offset improves the radial centering. At the same time, the projections 10.7 can be used as a counterpart for a tool (not shown) for screwing in and out of the cooling tube 10. The projections 10.6 and 10.7 have seen from the front portion 10.8 of rectangular cross-section. Thus, only the corners of the rectangular cross sections are on the cylindrical inner surface 6.11 of the electrode holder 6. Thus, a high degree of centricity is achieved at the same time smooth assembly.
Figur 9 zeigt eine weitere besondere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Plasmabrennerkopfes 1 , die sich von der in den Figuren 1 bis 8 gezeigten Ausfuhrungsform in der Gestaltung des vorderen Innenabschnitts 10.8 des Kühlrohres 10 (siehe auch Figur 10) unterscheidet. Die Länge LlO.8 des Innenabschnitts 10.8 ist kürzer, wodurch der Strömungsquerschnitt nur im vordersten Bereich stark erhöht wird. Die Längen des vorderen Innenabschnitts 10.8 und des vorderen Außenabschnitts 10.10. sind hier gleich groß. Zusätzlich befindet sich in dem Bereich, in dem die Elektrodenaufnahme 6 und das Kühlrohr 10 verschraubt sind, in der zylindrischen Außenfläche 10.3 des Kühlrohres 10 eine Nut 10.4, in der ein Rundring 10.5 zum Abdichten angeordnet ist (siehe auch Figur 11). Figur 12 zeigt eine weitere besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Plasmabrennerkopfes, die sich von den beiden Ausfuhrungsformen gemäß den Figuren 1 bis 11 in der Gestaltung des vorderen Innenabschnitts 10.8 des Kühlrohres 10 (siehe auch Figur 13) unterscheidet. Die Länge Ll 0.8 des Innenabschnitts 10.8 ist kürzer als in der Figur 1, die Länge LlO.10 des vorderen Außenabschnitts 10.10 ist größer als in Figur 9. Dadurch wird der Strömungswiderstand der Gesamtanordnung verringert, da nur im vordersten Teil zwischen Kühlrohr und Elektrode enge Spalten bestehen.FIG. 9 shows a further particular embodiment of a plasma burner head 1 according to the invention, which differs from the embodiment shown in FIGS. 1 to 8 in the design of the front inner section 10.8 of the cooling tube 10 (see also FIG. 10). The length L10.8 of the inner section 10.8 is shorter, as a result of which the flow cross section is greatly increased only in the foremost area. The lengths of the front inner section 10.8 and the front outer section 10.10. are the same size here. In addition, in the region in which the electrode holder 6 and the cooling tube 10 are screwed, in the cylindrical outer surface 10.3 of the cooling tube 10, a groove 10.4, in which a round ring is arranged 10.5 for sealing (see also Figure 11). FIG. 12 shows a further particular embodiment of the plasma burner head according to the invention, which differs from the two embodiments according to FIGS. 1 to 11 in the design of the front inner section 10.8 of the cooling tube 10 (see also FIG. 13). The length Ll 0.8 of the inner portion 10.8 is shorter than in Figure 1, the length L10.10 of the front outer portion 10.10 is greater than in Figure 9. This reduces the flow resistance of the overall arrangement, since only in the foremost part between the cooling tube and electrode narrow gaps consist.
Die Zentrierung zwischen Kühlrohr 10 und Elektrodenaufnahme 6 erfolgt ebenfalls über eine zylindrische Innenfläche 6.3 und eine zylindrische Außenfläche 10.3. Diese sind aber anders als in den Figuren 1 und 9 angeordnet. Durch diese Anordnung werden die zylindrischen Zentrierflächen vergrößert. Dies verbessert die Zentrierung nochmals und wird dadurch erreicht, dass die Reihenfolge Gewinde-Zentrierfläche-Anschlagfläche auf Gewinde- Anschlagfläche-Zentrierfläche geändert wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Baugröße nicht größer wird. Bei beibehaltener Reihenfolge müsste die Anschlagfläche einen größeren Durchmesser aufweisen als die Zentrierfläche.The centering between cooling tube 10 and electrode holder 6 also takes place via a cylindrical inner surface 6.3 and a cylindrical outer surface 10.3. These are arranged differently than in Figures 1 and 9. By this arrangement, the cylindrical centering surfaces are increased. This further improves the centering and is achieved by changing the sequence of the threaded centering surface stop surface to the threaded stop surface centering surface. Another advantage is that the size does not increase. With maintained order, the stop surface should have a larger diameter than the centering.
Figur 15 zeigt eine weitere besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Plasmabrennerkopfes. Diese unterschiedet sich von der Ausführungsform gemäß Figur 1 in der Gestaltung des vorderen Innenabschnitts 10.8 des Kühlrohres 10 (siehe auch Figur 16). Die Längen der vorderen Innenabschnittes 10.8 und des vorderen Außenabschnitts 10.10. sind hier gleich groß. Besagte Abschnitte entsprechen in ihrer Länge dem Bereich 7.5 der Elektrode 7.FIG. 15 shows a further particular embodiment of the plasma burner head according to the invention. This differs from the embodiment according to FIG. 1 in the design of the front inner section 10.8 of the cooling tube 10 (see also FIG. 16). The lengths of the front inner section 10.8 and the front outer section 10.10. are the same size here. Said sections correspond in their length to the area 7.5 of the electrode 7.
Eine Zentrierung zwischen Kühlrohr 10 und Elektrodenaufnahme 6 erfolgt wie in Figur 12. Zusätzlich befindet sich in dem Bereich, in dem die Elektrodenaufnahme 6 und das Kühlrohr 10 verschraubt sind, in der zylindrischen Außenfläche 10.3 des Kühlrohres 10 eine Nut 10.4, in der ein Rundring 10.5 zum Abdichten angeordnet ist. Dies ist in Figur 17 dargestellt. 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. A centering between cooling tube 10 and electrode holder 6 takes place as in FIG. 12. In addition, in the region in which the electrode holder 6 and the cooling tube 10 are screwed, a groove 10.4 in the cylindrical outer surface 10.3 of the cooling tube 10, in which a round ring 10.5 is arranged for sealing. This is shown in FIG. 17. The features of the invention disclosed in the present description, in the drawings and in the claims may be essential both individually and in any desired combinations for the realization of the invention in its various embodiments.

Claims

Ansprüche claims
1. Kühlrohr (10) für einen Lichtbogenplasmabrenner, umfassend einen länglichen Körper (10.13) mit einem in dem offenen Ende (7.12) einer Elektrode (7) anordbaren EndeA cooling tube (10) for an arc plasma torch, comprising an elongated body (10.13) with an end that can be arranged in the open end (7.12) of an electrode (7)
(10.17) und einem sich durch selbigen erstreckenden Kühlmittelkanal (10.15),(10.17) and a coolant channel (10.15) extending therethrough,
dadurch gekennzeichnet, dasscharacterized in that
an besagtem Ende (10.17) eine wulstartige nach innen und/oder außen gerichtete Verdickung (10.18) der Wand (10.19) des Kühlrohres (10) vorliegt.at the end (10.17) there is a bead-like inward and / or outward thickening (10.18) of the wall (10.19) of the cooling tube (10).
2. Kühlrohr (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Verdickung2. cooling tube (10) according to claim 1, characterized in that the thickening
(10.18) in Längsrichtung des Kühlrohres (10) über mindestens einen Millimeter erstreckt.(10.18) extends in the longitudinal direction of the cooling tube (10) over at least one millimeter.
3. Kühlrohr (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdickung (10.18) zu einer Erhöhung des Außendurchmessers (D 10.11) um mindestens 0,2 Millimeter und/oder zu einer Verringerung des Innendurchmessers (D 10.9) um mindestens 0,2 Millimeter führt.3. cooling tube (10) according to claim 1 or 2, characterized in that the thickening (10.18) to an increase in the outer diameter (D 10.11) by at least 0.2 millimeters and / or to a reduction of the inner diameter (D 10.9) by at least 0.2 millimeters leads.
4. Anordnung aus einem Kühlrohr (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und einer Elektrode (7), die einen hohlen länglichen Körper (7.11) mit einem offenen Ende (7.12) zum Anordnen des vorderen Endes (10.17) eines Kühlrohres (10) und einem geschlossenen Ende (7.13) aufweist, wobei die Bodenfläche (7.14) des offenen Endes (7.12) einen vorstehenden Bereich (7.5) aufweist, über den sich das Ende (10.17) des Kühlrohres (10) erstreckt, und sich die Verdickung (10.18) in Längsrichtung über mindestens den vorstehenden Bereich (7.5) erstreckt.An arrangement of a cooling tube (10) according to any one of claims 1 to 3 and an electrode (7) having a hollow elongated body (7.11) with an open end (7.12) for locating the front end (10.17) of a cooling tube (10 ) and a closed end (7.13), wherein the bottom surface (7.14) of the open end (7.12) has a projecting portion (7.5), over which the end (10.17) of the cooling tube (10) extends, and the thickening ( 10.18) extends in the longitudinal direction over at least the projecting area (7.5).
5. Anordnung nach Anspruch 4, zusätzlich umfassend eine Elektrodenaufnahme (6), die einen länglichen Körper (6.12) mit einem Ende (6.13) zur Aufnahme der Elektrode (7) und einem hohlen Inneren (6.14) aufweist, wobei sich das Kühlrohr (10) in das hohle Innere (6.14) hinein erstreckt und auf der Außenfläche (10.16) des Kühlrohres (10) mindestens ein Vorsprung (10.6 und/oder 10.7) zum Zentrieren des Kühlrohres (10) in der Elektrodenaufnahme (6) vorgesehen ist.5. Arrangement according to claim 4, additionally comprising an electrode holder (6) having an elongated body (6.12) with an end (6.13) for receiving the electrode (7). and a hollow interior (6.14), wherein the cooling tube (10) extends into the hollow interior (6.14) and on the outer surface (10.16) of the cooling tube (10) at least one projection (10.6 and / or 10.7) for centering the Cooling tube (10) in the electrode holder (6) is provided.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Gruppe von Vorsprüngen (10.6) vorgesehen ist, die im Abstand zueinander umlaufend angeordnet sind.6. Arrangement according to claim 5, characterized in that a first group of projections (10.6) is provided, which are arranged circumferentially at a distance from each other.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Gruppe von Vorsprüngen (10.7) vorgesehen ist, die im Abstand zueinander umlaufend angeordnet sind, wobei die zweite Gruppe zur ersten Gruppe axial versetzt ist.7. Arrangement according to claim 6, characterized in that a second group of projections (10.7) is provided, which are arranged circumferentially spaced from each other, wherein the second group is axially offset from the first group.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Gruppe von Vorsprüngen (10.7) zur ersten Gruppe von Vorsprüngen (10.6) umlaufend versetzt ist.8. Arrangement according to claim 7, characterized in that the second group of projections (10.7) to the first group of projections (10.6) is circumferentially offset.
9. Kühlrohr (10) für einen Lichtbogenplasmabrenner, umfassend9. cooling tube (10) for an arc plasma torch, comprising
einen länglichen Körper (10.13) mit einem mit einer Elektrodenaufnahme (6) eines Lichtbogenplasmabrenners lösbar verbindbaren hinteren Ende (10.14) und einem sich durch ihn erstreckenden Kühlmittelkanal (10.15),an elongate body (10.13) having a rear end (10.14) releasably connectable to an electrode receptacle (6) of an arc plasma torch and a coolant channel (10.15) extending therethrough,
dadurch gekennzeichnet, dasscharacterized in that
zum lösbaren Verbinden des hinteren Endes (10.14) mit einer Elektrodenaufnahme (6) ein Außengewinde (10.1) vorgesehen ist, wobei sich daran eine zylindrische Außenfläche (10.3) zum Zentrieren des Kühlrohres (10) zur Elektrodenaufnahme (6) anschließt. an external thread (10.1) is provided for releasably connecting the rear end (10.14) with an electrode receptacle (6), with a cylindrical outer surface (10.3) for centering the cooling tube (10) adjoining the electrode receptacle (6).
10. Kühlrohr (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anschlagfläche (10.2) zum axialen Fixieren des Kühlrohres (10) in der Elektrodenaufnahme (6) vorgesehen ist.10. cooling tube (10) according to claim 9, characterized in that a stop surface (10.2) for axially fixing the cooling tube (10) in the electrode holder (6) is provided.
11. Kühlrohr (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Außenfläche (10.3) eine umlaufende Nut (10.4) aufweist.11. Cooling tube (10) according to claim 9 or 10, characterized in that the cylindrical outer surface (10.3) has a circumferential groove (10.4).
12. Kühlrohr (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nut (10.4) ein Rundring (10.5) zum Abdichten angeordnet ist.12. cooling tube (10) according to claim 11, characterized in that in the groove (10.4) a circular ring (10.5) is arranged for sealing.
13. Kühlrohr (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Außenfläche (10.3) einen Außendurchmesser (D 10.3) aufweist, der genauso groß wie oder größer als der maximale Außendurchmesser (D 10.1) des Außengewindes (10.1) ist.13. cooling tube (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the cylindrical outer surface (10.3) has an outer diameter (D 10.3) which is equal to or greater than the maximum outer diameter (D 10.1) of the external thread (10.1) ,
14. Elektrodenaufnahme (6) für einen Lichtbogenplasmabrenner, umfassend14. An electrode holder (6) for an arc plasma torch, comprising
einen länglichen Körper (6.12) mit einem Ende (6.13) zur Aufnahme einer Elektrode (7)an elongated body (6.12) having an end (6.13) for receiving an electrode (7)
und einem hohlen Inneren (6.14),and a hollow interior (6.14),
dadurch gekennzeichnet, dasscharacterized in that
in dem hohlen Inneren (6.14) ein Innengewinde (6.1) zum Einschrauben eines hinteren Endes (10.14) eines Kühlrohres (10) vorgesehen ist, wobei sich daran eine zylindrische Innenfläche (6.3) zum Zentrieren des Kühlrohres (10) zur Elektrodenaufnahme (6) anschließt. in the hollow interior (6.14) an internal thread (6.1) for screwing in a rear end (10.14) of a cooling tube (10) is provided, which is followed by a cylindrical inner surface (6.3) for centering the cooling tube (10) to the electrode holder (6) ,
15. Elektrodenaufnahme (6) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anschlagfläche (6.2) zum axialen Fixieren des Kühlrohres (10) in der Elektrodenaufnahme (6) vorgesehen ist.15 electrode holder (6) according to claim 14, characterized in that a stop surface (6.2) for axially fixing the cooling tube (10) in the electrode holder (6) is provided.
16. Elektrodenaufhahme (6) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Innenfläche (6.3) einen Innendurchmesser (D6.3) aufweist, der genauso groß wie oder größer als der Innendurchmesser (D6.1) des Innengewindes (6.1) ist.16. Elektrodenaufhahme (6) according to claim 14 or 15, characterized in that the cylindrical inner surface (6.3) has an inner diameter (D6.3) which is the same size or larger than the inner diameter (D6.1) of the internal thread (6.1) is.
17. Anordnung aus einem Kühlrohr (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 13 und einer Elektrodenaufhahme (6) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Kühlrohr (10) mit der Elektrodenaufnahme (6) über das Außengewinde (10.1) und das Innengewinde (6.1) verschraubt ist.17. The arrangement of a cooling tube (10) according to any one of claims 9 to 13 and an electrode holder (6) according to any one of claims 14 to 16, wherein the cooling tube (10) with the electrode holder (6) via the external thread (10.1) and the Internal thread (6.1) is screwed.
18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr (10) und die Elektrodenaufnahme (6) so gestaltet sind, dass sich zum vorderen Ende hin zwischen ihnen ein Ringspalt (11) befindet.18. Arrangement according to claim 17, characterized in that the cooling tube (10) and the electrode holder (6) are designed so that there is an annular gap (11) between them at the front end.
19. Anordnung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Außenfläche (10.3) des Kühlrohres (10) und die zylindrische Innenfläche (6.3) der Elektrodenaufnahme (6) zueinander eng toleriert sind.19. An arrangement according to claim 17 or 18, characterized in that the cylindrical outer surface (10.3) of the cooling tube (10) and the cylindrical inner surface (6.3) of the electrode holder (6) are closely tolerated each other.
20. Anordnung aus einem Kühlrohr (10) für einen Lichtbogenplasmabrenner, der20. Arrangement of a cooling tube (10) for an arc plasma torch, the
einen länglichen Körper (10.13) mit einem mit einer Elektronenaufnahme (6) eines Lichtbogenplasmabrenners lösbar verbindbaren hinteren Ende (10.14) und einen sich durch ihn erstreckenden Kühlmitttelkanal (10.15) umfasst, und einer Elektrodenaufnahme (6) für einen Lichtbogenplasmabrenner, die einen länglichen Körper (6.12) mit einem Ende (6.13) zur Aufnahme einer Elektrode (7) und einem hohlen Inneren (6.14) umfasst, insbesondere nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobeian elongate body (10.13) having a rear end (10.14) removably connectable to an electron receptacle (6) of an arc plasma torch and a coolant channel (10.15) extending therethrough, and An electrode holder (6) for an arc plasma torch, comprising an elongate body (6.12) having an end (6.13) for receiving an electrode (7) and a hollow interior (6.14), in particular according to one of claims 17 to 19, wherein
auf der Außenfläche (10.16) des Kühlrohres (10) mindestens ein Vorsprung (10.6 und/oder 10.7) zum Zentrieren des Kühlrohres (10) in der Elektrodenaufnahme (6) vorgesehen ist.on the outer surface (10.16) of the cooling tube (10) at least one projection (10.6 and / or 10.7) for centering the cooling tube (10) in the electrode holder (6) is provided.
21. Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Gruppe von Vorsprüngen (10.6) vorgesehen ist, die im Abstand zueinander umlaufend angeordnet sind.21. Arrangement according to claim 20, characterized in that a first group of projections (10.6) is provided, which are arranged circumferentially at a distance from each other.
22. Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Gruppe von Vorsprüngen (10.7) vorgesehen ist, die im Abstand zueinander umlaufend angeordnet sind, wobei die zweite Gruppe zur ersten Gruppe axial versetzt ist.22. Arrangement according to claim 21, characterized in that a second group of projections (10.7) is provided, which are arranged circumferentially at a distance from each other, wherein the second group is axially offset from the first group.
23. Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gruppe von Vorsprüngen (10.7) zur ersten Gruppe von Vorsprüngen (10.6) umlaufend versetzt ist.23. Arrangement according to claim 22, characterized in that the second group of projections (10.7) to the first group of projections (10.6) is circumferentially offset.
24. Elektrode (7) für einen Lichtbogenplasmabrenner, umfassend24. An electrode (7) for an arc plasma torch, comprising
einen hohlen länglichen Körper (7.11) mit einem offenen Ende (7.12) zum Anordnen des vorderen Endes eines Kühlrohres (10) in selbigem und einem geschlossenen Ende (7.13),a hollow elongate body (7.11) having an open end (7.12) for locating the front end of a cooling tube (10) in the same and a closed end (7.13),
wobei das offene Ende ein Außengewinde (7.4) zum Verschrauben mit dem Innengewinde (6.4) einer Elektrodenaufnahme (6) aufweist,wherein the open end has an external thread (7.4) for screwing to the internal thread (6.4) of an electrode holder (6),
dadurch gekennzeichnet, dass sich an das Außengewinde (7.4) zum geschlossenen Ende (7.13) hin eine zylindrische Außenfläche (7.6) zum Zentrieren der Elektrode (7) zur Elektrodenaufhahme (6) anschließt.characterized in that a cylindrical outer surface (7.6) for centering the electrode (7) to the Elektrodenaufhahme (6) adjoins the external thread (7.4) to the closed end (7.13) out.
25. Elektrode (7) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anschlagfläche (7.7) zum axialen Fixieren der Elektrode (7) in der Elektrodenaufnahme (6) vorgesehen ist.25 electrode (7) according to claim 24, characterized in that a stop surface (7.7) for axially fixing the electrode (7) in the electrode holder (6) is provided.
26. Elektrode (7) nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Außenfläche (7.6) eine umlaufende Nut (7.3) aufweist.26. Electrode (7) according to claim 24 or 25, characterized in that the cylindrical outer surface (7.6) has a circumferential groove (7.3).
27. Elektrode (7) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nut (7.3) ein Rundring (7.2) zum Abdichten angeordnet ist.27 electrode (7) according to claim 26, characterized in that in the groove (7.3) a circular ring (7.2) is arranged for sealing.
28. Elektrode (7) nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Außenfläche (7.6) einen Außendurchmesser (D7.6) aufweist, der genauso groß wie oder größer als der Außendurchmesser (D7.4) des Außengewindes (7.4) ist.28 electrode (7) according to any one of claims 24 to 27, characterized in that the cylindrical outer surface (7.6) has an outer diameter (D7.6) which is equal to or greater than the outer diameter (D7.4) of the external thread (7 7.4).
29. Elektrodenaufnahme (6) für einen Lichtbogenplasmabrenner, umfassend29. An electrode holder (6) for an arc plasma torch, comprising
einen länglichen Körper (6.12) mit einem mit einem Innengewinde (6.4) versehenen Ende (6.13) zur Aufnahme einer Elektrode (7) und einem hohlen Inneren (6.14),an elongate body (6.12) with an end (6.13) provided with an internal thread (6.4) for receiving an electrode (7) and a hollow interior (6.14),
dadurch gekennzeichnet, dasscharacterized in that
sich an das Innengewinde (6.4) eine zylindrische Innenfläche (6.6) zum Zentrieren der Elektrode (7) zur Elektrodenaufnahme (6) anschließt. a cylindrical inner surface (6.6) for centering the electrode (7) to the electrode holder (6) adjoins the internal thread (6.4).
30. Elektrodenaufnahme (6) nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anschlagfläche (6.7) zum axialen Fixieren einer Elektrode (7) in der Elektrodenaufhahme (6) vorgesehen ist.30, electrode holder (6) according to claim 29, characterized in that a stop surface (6.7) for axially fixing an electrode (7) in the Elektrodenaufhahme (6) is provided.
31. Elektrodenaufhahme (6) nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Innenfläche (6.6) einen Innendurchmesser (D6.6) aufweist, der genauso groß wie oder größer als der Innendurchmesser (D6.4) des Innengewindes (6.4) ist.31 Elektrodenaufhahme (6) according to claim 29 or 30, characterized in that the cylindrical inner surface (6.6) has an inner diameter (D6.6) which is the same size or larger than the inner diameter (D6.4) of the internal thread (6.4). is.
32. Anordnung aus einer Elektrode (7) nach einem der Ansprüche 24 bis 28 und einer Elektrodenaufnahme (6) nach einem der Ansprüche 29 bis 31 , wobei die Elektrode (7) mit der Elektrodenaufnahme (6) über das Außengewinde (7.4) und das Innengewinde (6.4) verschraubt ist.32. Arrangement of an electrode (7) according to any one of claims 24 to 28 and an electrode holder (6) according to any one of claims 29 to 31, wherein the electrode (7) with the electrode holder (6) via the external thread (7.4) and the Internal thread (6.4) is screwed.
33. Anordnung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Außenfläche (7.6) der Elektrode (7) und die zylindrische Innenfläche (6.6) der Elektrodenaufnahme (6) zueinander eng toleriert sind.33. Arrangement according to claim 32, characterized in that the cylindrical outer surface (7.6) of the electrode (7) and the cylindrical inner surface (6.6) of the electrode holder (6) are closely tolerated each other.
34. Lichtbogenplasmabrenner mit einem Kühlrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 9 bis 13, einer Elektrodenaufnahme nach einem der Ansprüche 14 bis 16 oder 29 bis 31, einer Elektrode nach einem der Ansprüche 24 bis 28 oder einer Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, 17 bis 23 oder 32 bis 33. 34. An arc plasma torch with a cooling tube according to one of claims 1 to 3 or 9 to 13, an electrode holder according to one of claims 14 to 16 or 29 to 31, an electrode according to one of claims 24 to 28 or an arrangement according to one of claims 4 to 8, 17 to 23 or 32 to 33.
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