EP3054749A1 - Düse für plasmalichtbogenbrenner - Google Patents

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EP3054749A1
EP3054749A1 EP15159816.6A EP15159816A EP3054749A1 EP 3054749 A1 EP3054749 A1 EP 3054749A1 EP 15159816 A EP15159816 A EP 15159816A EP 3054749 A1 EP3054749 A1 EP 3054749A1
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EP
European Patent Office
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nozzle
outer diameter
section
groove
rear end
Prior art date
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EP15159816.6A
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EP3054749B1 (de
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Frank Laurisch
Volker Krink
Timo Grundke
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Kjellberg Stiftung
Original Assignee
Kjellberg Stiftung
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Publication date
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Application filed by Kjellberg Stiftung filed Critical Kjellberg Stiftung
Priority to HRP20211108TT priority patent/HRP20211108T8/hr
Priority to PL15159816T priority patent/PL3054749T3/pl
Priority to RU2017130947A priority patent/RU2707499C2/ru
Priority to BR112017016526-0A priority patent/BR112017016526B1/pt
Priority to CN201680019083.6A priority patent/CN107750475B/zh
Priority to JP2017541023A priority patent/JP6727731B2/ja
Priority to CA2975533A priority patent/CA2975533A1/en
Priority to MX2017010081A priority patent/MX2017010081A/es
Priority to US15/548,434 priority patent/US10582606B2/en
Priority to PCT/EP2016/051689 priority patent/WO2016124463A1/de
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    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/28—Cooling arrangements

Definitions

  • the present invention relates to nozzles for a liquid-cooled plasma arc torch head, an assembly of a nozzle holder and nozzle for a liquid-cooled plasma arc torch head, a plasma arc torch head, and a plasma arc torch with the same.
  • a nozzle for a liquid-cooled plasma arc torch which has a body having an axial overall length, an inner surface and an outer surface, a front and a rear end and a nozzle opening at the front end.
  • the known nozzle has from the rear (from the rear end) first a receiving portion for receiving the same in a nozzle holder and then a groove in which a circular ring can be arranged or arranged on.
  • this may have the disadvantage that, when the nozzle is installed in a plasma burner head, the space for the cooling liquid, in particular cooling water, towards the nozzle holder and thus the contact area between the cooling liquid and the nozzle is limited to the rear.
  • nozzles in which a groove with an arranged therein or arranged round ring is located directly at the rear end thereof. This in turn has the Disadvantage that the round ring when inserting into a nozzle holder for inserting the nozzle can be damaged in the nozzle holder, for example, if in the nozzle holder, for example, elements such as projections, as shown in the DE 10 2007 005 316 B4 is described, for defined guidance of the nozzle are present.
  • the present invention is therefore based on the object to design the known nozzle such that damage to the circular ring when inserting a nozzle is avoided in a nozzle holder, but at least reduced and at the same time a larger area that can come into contact with coolant, is provided ,
  • a nozzle for a liquid-cooled plasma arc torch head comprising a body having an axial total length L, an inner surface and an outer surface, a front and a rear end and a nozzle opening at the front end, wherein the outer surface of the body , starting from the rear end, a substantially cylindrical first portion having an axial length L1, in which at the rear end of the body has a preferably circumferentially extending groove for or with a circular ring disposed therein, to the rear end of the body is limited a projection which defines an outer diameter D11 of the body, and located at the front end a centering surface for a nozzle holder which defines an outer diameter D12 of the body, and an adjoining the front end second portion with an axial Length L2, which has an axial abutment surface for a nozzle holder at the boundary to the first portion, which defines an outer diameter D21 of the body, and tapers substantially conically, at least in a portion to
  • a conically or conically tapering section is intended to mean in particular a section in which, when connecting the rearmost point (edge) of the section to the foremost point (edge) of the section, the line parallel to the longitudinal axis of the nozzle or with a minimum Deviation of more than ⁇ 15 °.
  • a nozzle for a liquid-cooled plasma arc torch comprising a body having an overall axial length L, an inner surface and an outer surface, a front and a rear end and a nozzle opening at the front end, wherein the outer surface of the body, starting from the rear end, a substantially cylindrical first portion having an axial length L1, in which at the rear end of the body has a preferably circumferentially extending groove for or with a circular ring disposed therein, to the rear end of the body by a Is limited projection defining an outer diameter D11 of the body, and located at the front end a centering surface for a nozzle holder which defines an outer diameter D12 of the body, and having a subsequent thereto to the front end second portion with an axial length L2, which has an axial abutment surface for a nozzle holder at the boundary to the first section, which defines an outer diameter D21 of the body, and tapers substantially conically, at least in a section to the front end
  • this object is achieved by an arrangement of a nozzle holder and a nozzle according to one of claims 1 to 16.
  • liquid-cooled plasma arc burner head comprising a nozzle according to one of claims 1 to 16 or an arrangement according to one of claims 17 to 19.
  • the nozzles may be provided that the outer diameter D12 is the largest outer diameter of the first portion.
  • the outer diameter D21 is the largest outer diameter of the second section.
  • the largest outer diameter of the first portion is smaller than the largest outer diameter of the second portion.
  • the at least one further groove has a cross-sectional area of at least 3 mm 2 .
  • cross-sectional area is intended to mean the area perpendicular to the longitudinal extent of the groove.
  • the further groove advantageously extends in the circumferential direction of the body.
  • the further groove extends in the circumferential direction of the body over an angle in the range of about 20 ° to about 360 °.
  • the further groove is limited towards the front end of the body by a circumferentially extending body of the front projection whose outer surface is formed by the centering surface, and / or the further groove 2.11 toward the rear end of the body by is formed in the circumferential direction of the body extending rear projection is limited.
  • the front projection defines an outer diameter or a local largest outer diameter of the body and the rear projection defines an outer diameter or a local largest outer diameter, wherein the outer diameter or local largest outer diameter of the front and rear projections are equal to or differ by a maximum of about 0.2mm from each other.
  • At least one groove and / or bore and / or recess and / or other aperture and / or channel is / are in fluid communication with the first portion of the outer surface in the second portion of the outer surface is / are.
  • Advantageously located / located in the second portion of the outer surface at least one groove and / or bore and / or recess and / or other opening and / or a channel located / / which is in fluid communication with the further groove in the first portion of the outer surface /stand.
  • the receiving region has at least one radial projection and / or at least one radial depression.
  • the radial projections and / or Recesses can extend over only a limited angle in the circumferential direction and / or be arranged equidistantly.
  • the nozzle holder has on its connecting side a cylinder wall with an end face abutting against the axial abutment surface of the nozzle and with an inner surface which abuts against the centering surface of the nozzle, preferably with little or no play.
  • the nozzle holder on the inner surface of the cylinder wall on a receiving region of the nozzle complementary receiving area.
  • the present invention provides both a liquid-cooled plasma arc torch head and a liquid-cooled plasma arc torch, each comprising a nozzle according to any one of claims 1 to 16 or an arrangement according to any one of claims 17 to 19.
  • the invention is based on the surprising finding that the special design of the outer surface of the nozzle, the groove with the round ring can be arranged as far as possible at the rear end of the nozzle without the round ring is damaged, and at the same time a larger area, the can come into contact with the cooling liquid is provided. In addition, the centering of the nozzle in the nozzle holder is further improved.
  • a first portion of the body of the nozzle allows a good cooling of the transition point between a nozzle holder and the nozzle and a good centering of the nozzle in the nozzle holder.
  • Good cooling of the interface is necessary when igniting the pilot arc that burns between the electrode and the nozzle of a plasma arc torch. It is also necessary if the plasma arc burner is operated indirectly. In the latter case, the plasma arc often burns with high electric power or several kW between the electrode and the nozzle. Currents above 100 A can flow.
  • FIGS. 4 to 6 show details of the arrangement of the nozzle and a nozzle holder.
  • the nozzle for a liquid-cooled plasma arc torch shown comprises a body 2 with an overall axial length L, ie along the longitudinal axis M1, an inner surface 2.20 and an outer surface 2.22, a front end 2.24 and a rear end 2.26 and a nozzle opening 2.28 at the front end 2.24.
  • the body 2 has a groove 2.38 at its front end 2.24. In the groove 2.38, when the nozzle is installed in the plasma arc burner, there is a round ring 2.40 (see FIG. 4 and 5 ) for sealing the space between nozzle and nozzle cap 3 (see FIG. 4 and 5 ).
  • the outer surface 2.22 of the body 2 has, starting from the rear end 2.26, a substantially cylindrical first section 2.1 with an axial length L1, in which at the rear end of the body 2 2.26 of a circumferentially extending groove 2.10 for a circular ring (not shown) delimited to the rear end 2.26 of the body 2 by a projection 2.30 defining an outer diameter D1 of the body 2, and at the front end 2.24 is a centering surface A11 for a nozzle holder (not shown) which defines an outer diameter D12 of the body 2.
  • the outer surface has a second section 2.2 with an axial length L2 adjoining the first section 2.1 towards the front end 2.24 and having an axial stop face B 11 for a nozzle holder (not shown) at the boundary to the first section 2.1, which defines an outer diameter D21 of the body 2, and tapers substantially conically at least in a partial section towards the front end 2.24 of the body.
  • the first section 2.1 of the outer surface 2.22 thus has between the boundary between the first section 2.1 and the second section 2.2 and the groove 2.10 a particular large outer surface A13, which, when the nozzle is installed in a plasma arc burner head (not shown) with a Coolant can come into contact, whereby the cooling is improved.
  • the outer diameter D12 is the largest outer diameter of the first section 2.1 and the outer diameter D21 is the largest outer diameter of the second section 2.2, wherein the largest outer diameter D 12 of the first section 2.1 is smaller than the largest outer diameter D21 of the second section 2.2 ,
  • the outer diameter of the body 2 in FIG. 1 on the left (D11) and on the right (D12a) of the groove 2.10, ie D11 D12a.
  • a channel B 13 is in fluid communication with the first section 2.1 of the outer surface 2.22.
  • the channel B13 may also extend at least partially in the first section 2.1.
  • FIG. 2 shows a nozzle for a liquid-cooled plasma arc burner head (not shown), a body 2 with an axial total length L, an inner surface 2.20 and an outer surface 2.22, a front end 2.24 and a rear end 2.26 and a nozzle opening 2.28 at the front end 2.24 includes.
  • the body 2 has a groove 2.38 at its front end 2.24. In the groove 2.38, when the nozzle is installed in the plasma arc burner, there is a round ring 2.40 (see FIG. 4 and 5 ) for sealing the space between nozzle and nozzle cap 3 (see FIG. 4 and 5 ).
  • the outer surface 2.22 of the body 2 has, starting from the rear end 2.26, a substantially cylindrical first section 2.1 with an axial length L1, in which at the rear end of the body 2 2.26 of a circumferentially extending groove 2.10 for a circular ring (not shown) which is bounded to the rear end 2.26 of the body by a projection 2.30 defining an outer diameter D11 of the body 2, and at the front end 2.24 a centering surface A11 for a nozzle holder (not shown) having an outer diameter D12 of the body Are defined.
  • the outer surface 2.22 has a second section 2.2, which adjoins the front end 2.24, and has an axial length L2 which defines an axial stop surface B 11 for a nozzle holder at the boundary to the first section 2.1, which defines an outer diameter D21 of the body 2 , and at least in a partial section tapers substantially conically towards the front end 2.24 of the body 2.
  • the same values and ratios apply with respect to those in the FIG. 1 shown nozzle.
  • the outer surface 2.22 of the first section 2.1 there is another groove 2.11. This preferably has a cross-sectional area of at least 3 mm 2 . In addition, it extends advantageously in the circumferential direction of the body 2.
  • the further groove 2.11 is in the direction of the front end of 2.24 of the body 2 by a circumferentially extending body 2 of the front projection 2.34, whose outer surface is formed by the centering surface A11, limited and Direction of the rear end of the body 2 2.26 limited by a running in the circumferential direction of the body 2 rear projection 2.36, whose outer surface is formed by the surface or centering surface A12.
  • the same values apply to the nozzle shown as for L12 / L13, L12 / L1 and D12 / L1.
  • the front projection 2.34 defines a local largest outer diameter D12 of the body 2 and the rear projection 2.36 defines one local largest outer diameter D12.
  • the local largest outer diameters of the front and rear protrusions 2.34 and 2.36 are the same.
  • the local largest outer diameters of the front and rear projections need not be the same size.
  • the rear projection 2.36 should not be larger than the front projection 2.34.
  • the second section 2.2 has a groove B 12 which is in fluid communication with the further groove 2.11.
  • the groove B 12 may also extend at least partially in the first section 2.1.
  • FIG. 3 shows a nozzle for a liquid-cooled plasma arc torch with a body 2 having an axial total length L, that is along the longitudinal axis M1, an inner surface 2.20 and an outer surface 2.22, a front end 2.24 and a rear end 2.26 and a nozzle opening 2.28 at the front end 2.24 having.
  • the outer surface 2.22 of the body 2 has, starting from the rear end 2.26, a first section 2.1 having the same features as the first section 2.1 of FIG FIG. 2 shown nozzle and a to the first section 2.1 to the front end 2.24 out directly adjacent second section 2.2 with an axial length L2.
  • the second section 2.2, in particular the front end 2.24 is designed differently by way of example.
  • the body 2 has at the front end 2.24 in contrast to the body of FIG. 2 no groove 2.38.
  • the nozzle built into a plasma arc burner head FIG. 3 is in FIG. 6 shown.
  • another inner contour of the nozzle or the body is shown by way of example. This nozzle can be used, for example, for indirect operation.
  • FIG. 4 shows a liquid-cooled plasma arc burner head with the nozzle of FIG. 1 ,
  • the body 2 of the nozzle is fixed in a nozzle holder 7 and is replaced by a Nozzle cap 3 fixed.
  • an electrode 1 is arranged in the inner cavity of the body 2.
  • the plasma arc burner head further has a nozzle cap 5 which is held by a nozzle cap holder 8.
  • a secondary gas guide 6 is arranged for secondary gas SG.
  • the secondary gas SG flows through openings (not shown) of the secondary gas guide 6, then through the space between the nozzle cap 3 and nozzle cap 5 and ultimately from the front opening 5.1 of the nozzle cap 5.
  • the nozzle and nozzle cap 3 from a part consist.
  • plasma arc burner heads which are operated without secondary gas. These then usually have no nozzle cap, No Düsenschutzkappenhalterung and no secondary gas guide.
  • the cooling liquid flows through the nozzle holder 7 via the coolant flow WV, flows through the space 10 between nozzle holder 7 and nozzle, then flows through the channels B 13 of the nozzle into the space between nozzle and nozzle cap 3 before flowing back through the coolant return WR.
  • the first section 2.1 of the body 2 is inserted into the nozzle holder 7.
  • an axial abutment surface B11 of the body 2 strikes an axial abutment surface B71 of the nozzle holder 7.
  • the centering surface A11 of the body 2 and the centering surface A71 of the nozzle holder 7 determine the centering of the nozzle or the body 2 in the nozzle holder 7.
  • FIG. 5 shows a liquid-cooled plasma arc burner head with the nozzle of FIG. 2 ,
  • the body 2 of the nozzle is fixed in a nozzle holder 7 and is fixed by a nozzle cap 3.
  • an electrode 1 is arranged in the inner cavity of the body 2.
  • a plasma gas guide 4 for plasma gas PG which flows through the plasma gas guide 4, then through the space between the electrode 1 and the nozzle and finally from the nozzle opening 2.28.
  • the plasma arc burner head further has a nozzle cap 5 which is held by a nozzle cap holder 8. Between the nozzle cap 3 and the nozzle cap 5, a secondary gas guide 6 is arranged for secondary gas SG.
  • the secondary gas SG flows through openings (not shown) of the secondary gas guide 6, then through the space between the nozzle cap 3 and nozzle cap 5 and ultimately from the front opening 5.1 of the nozzle cap 5.
  • the nozzle and nozzle cap 3 from a part consist.
  • plasma arc burner heads which are operated without secondary gas. These then usually have no nozzle cap, No Düsenschutzkappenhalterung and no secondary gas guide.
  • the cooling liquid flows through the cooling liquid flow WV through the nozzle holder 7, flows through the space 10 between the nozzle holder 7 and nozzle, through the groove 2.11 and the Centering A71 is formed, then flows through the groove B 12 of the nozzle or the body 2, which is in fluid communication with the groove 2.11 in the space between the nozzle 2 and nozzle cap 3 before it flows back through the coolant return WR.
  • the centering is in the arrangements according to Figures 5 and 6 even better than in FIG. 4 in that the centering of the nozzle takes place via the surfaces A11 and A12 with the surface A71 of the nozzle holder 7.
  • the thus formed contact surface between the nozzle or body 2 and the nozzle holder 7 is larger, which additionally also the heat transfer and power transfer between the nozzle and nozzle holder 7.
  • no damage to the round ring 2.42 in the groove 2.10 see FIG. 3 ).

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Abstract

Düsen für einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrennerkopf, sowie Anordnung aus einem Düsenhalter und einer derartigen Düse und Plasmalichtbogenbrennerkopf sowie Plasmalichtbogenbrenner mit derselben/denselben.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Düsen für einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrennerkopf, eine Anordnung aus einem Düsenhalter und einer Düse für einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrennerkopf, einen Plasmalichtbogenbrennerkopf sowie einen Plasmalichtbogenbrenner mit derselben.
  • Aus der DE 10 2009 006 132 B4 ist eine Düse für einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrenner bekannt, die einen Körper mit einer axialen Gesamtlänge, einer Innenfläche und einer Außenfläche, einem vorderen und einem hinteren Ende und einer Düsenöffnung am vorderen Ende aufweist. Die bekannte Düse weist von hinten (vom hinteren Ende) zunächst einen Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme derselben in einem Düsenhalter und dann eine Nut, in der ein Rundring angeordnet werden kann bzw. angeordnet ist, auf. In gewissen Fällen kann dies den Nachteil haben, dass, wenn die Düse in einen Plasmabrennerkopf eingebaut ist, der Raum für die Kühlflüssigkeit, insbesondere Kühlwasser, zum Düsenhalter hin und damit der Kontaktbereich zwischen der Kühlflüssigkeit und der Düse nach hinten begrenzt wird.
  • Es sind auch Düsen bekannt, bei denen sich eine Nut mit einem darin anordbaren bzw. angeordneten Rundring direkt am hinteren Ende derselben befindet. Dies hat wiederum den Nachteil, dass der Rundring beim Einbringen in einen Düsenhalter zum Stecken der Düse in den Düsenhalter beschädigt werden kann, zum Beispiel wenn im Düsenhalter beispielsweise Elemente wie Vorsprünge, wie dies in der DE 10 2007 005 316 B4 beschrieben ist, zur definierten Führung der Düse vorhanden sind.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, die bekannte Düse derart auszugestalten, dass eine Beschädigung des Rundrings beim Einsetzen einer Düse in einen Düsenhalter vermieden, zumindest aber reduziert wird und gleichzeitig eine größere Fläche, die mit Kühlflüssigkeit in Berührung kommen kann, bereitgestellt wird.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch eine Düse für einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrennerkopf, umfassend einen Körper mit einer axialen Gesamtlänge L, einer Innenfläche und einer Außenfläche, einem vorderen und einem hinteren Ende und einer Düsenöffnung am vorderen Ende, wobei die Außenfläche des Körpers, ausgehend von dem hinteren Ende, einen im Wesentlichen zylindrischen ersten Abschnitt mit einer axialen Länge L1, in dem sich am hinteren Ende des Körpers eine sich vorzugsweise in Umfangsrichtung erstreckende Nut für einen oder mit einem darin angeordneten Rundring, die zum hinteren Ende des Körpers durch einen Vorsprung begrenzt ist, der einen Außendurchmesser D11 des Körpers definiert, und am vorderen Ende eine Zentrierfläche für einen Düsenhalter befindet, die einen Außendurchmesser D12 des Körpers definiert, und einen sich daran zum vorderen Ende hin anschließenden zweiten Abschnitt mit einer axialen Länge L2 aufweist, der eine axiale Anschlagfläche für einen Düsenhalter an der Grenze zum ersten Abschnitt, die einen Außendurchmesser D21 des Körpers definiert, aufweist und sich zumindest in einem Teilabschnitt zum vorderen Ende des Körpers im Wesentlichen kegelförmig verjüngt, wobei gilt D12 - D11 ≥ 1,5mm und/oder (D12 - D11)/D12≥0,07.
  • Mit einem sich kegelig oder konisch verjüngenden Abschnitt soll insbesondere ein Abschnitt gemeint sein, bei dem, wenn man den hintersten Punkt (Kante) des Abschnitts mit dem vordersten Punkt (Kante) des Abschnitts verbindet, die Linie parallel zur Längsachse der Düse oder mit einer minimalen Abweichung von mehr als ± 15° verläuft.
  • Weiterhin soll mit einem Außendurchmesser insbesondere folgendes gemeint sein:
    • Der Außendurchmesser, den ein virtueller Kreis mit dem Radius der in einer senkrecht zur Längsachse der Düse gebildeten Ebene zwischen dem Schnittpunkt der Ebene und der Längsachse und dem größten Abstand zur Außenfläche der Düse bilden würde.
    • Es besteht die Möglichkeit, dass in der Ebene eine vollständiger Kreis durch die Außenbegrenzung der Düse gebildet wird, aber auch die Möglichkeit, dass nur ein Teilbereich oder nur einzelne Abschnitte vorhanden sind und der Kreis und auch der Durchmesser nur virtuell bestehen.
    • Es können in der Oberfläche der Düse Nuten oder andere Vertiefungen oder Unterbrechungen vorgesehen sein.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird diese Aufgabe gelöst durch eine Düse für einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrenner, umfassend einen Körper mit einer axialen Gesamtlänge L, einer Innenfläche und einer Außenfläche, einem vorderen und einem hinteren Ende und einer Düsenöffnung am vorderen Ende, wobei die Außenfläche des Körpers, ausgehend von dem hinteren Ende, einen im Wesentlichen zylindrischen ersten Abschnitt mit einer axialen Länge L1, in dem sich am hinteren Ende des Körpers eine sich vorzugsweise in Umfangsrichtung erstreckende Nut für einen oder mit einem darin angeordneten Rundring, die zum hinteren Ende des Körpers durch einen Vorsprung begrenzt ist, der einen Außendurchmesser D11 des Körpers definiert, und am vorderen Ende eine Zentrierfläche für einen Düsenhalter befindet, die einen Außendurchmesser D12 des Körpers definiert, und einen sich daran zum vorderen Ende hin anschließenden zweiten Abschnitt mit einer axialen Länge L2 aufweist, der eine axiale Anschlagfläche für einen Düsenhalter an der Grenze zum ersten Abschnitt, die einen Außendurchmesser D21 des Körpers definiert, aufweist und sich zumindest in einem Teilabschnitt zum vorderen Ende des Körpers im Wesentlichen kegelförmig verjüngt, insbesondere nach Anspruch 1,wobei für die Länge L12 des Abstands zwischen der axialen Anschlagfläche des zweiten Abschnitts und der nächstliegenden Kantenlinie der Nut und der Länge L13 des Abstands zwischen besagter Kantenlinie und dem hinteren Ende des Körpers gilt L12/L13≥3, bevorzugt ≥3,3 und/oder wobei für die Länge L12 des Abstands zwischen der axialen Anschlagfläche des zweiten Abschnitts und der nächstliegenden Kantenlinie der Nut und der Länge L des ersten Abschnitts gilt L12/L1≥0,75 und besonders bevorzugt L12/L1≥0,77, und/oder wobei gilt D12/L1≤2,3.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird diese Aufgabe gelöst durch eine Anordnung aus einem Düsenhalter und einer Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
  • Schließlich wird diese Aufgabe auch gelöst durch einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrennerkopf, umfassend eine Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 16 oder eine Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 19.
  • Bei den Düsen kann vorgesehen sein, dass der Außendurchmesser D12 der größte Außendurchmesser des ersten Abschnitts ist.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Außendurchmesser D21 der größte Außendurchmesser des zweiten Abschnitts ist.
  • Vorteilhafterweise ist der größte Außendurchmesser des ersten Abschnitts kleiner als der größte Außendurchmesser des zweiten Abschnitts.
  • Günstigerweise befindet sich in der Außenfläche des ersten Abschnitts mindestens eine weitere Nut.
  • Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die mindestens eine weitere Nut eine Querschnittsfläche von mindestens 3mm2 aufweist. Mit dem Begriff "Querschnittsfläche" soll die Fläche senkrecht zur Längserstreckung der Nut gemeint sein.
  • Außerdem erstreckt sich die weitere Nut vorteilhafterweise in der Umfangsrichtung des Körpers.
  • Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass sich die weitere Nut in der Umfangsrichtung des Körpers über einen Winkel im Bereich von circa 20° bis circa 360° erstreckt.
  • Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist die weitere Nut in Richtung zum vorderen Ende des Körpers durch einen in Umfangsrichtung des Körpers verlaufenden vorderen Vorsprung, dessen Außenfläche von der Zentrierfläche gebildet ist, begrenzt ist und/oder die weitere Nut 2.11 in Richtung des hinteren Endes des Körpers durch einen in Umfangsrichtung des Körpers verlaufenden hinteren Vorsprung gebildet ist, begrenzt ist.
  • Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass der vordere Vorsprung einen Außendurchmesser oder einen lokalen größten Außendurchmesser des Körpers definiert und der hintere Vorsprung einen Außendurchmesser oder einen lokalen größten Außendurchmesser definiert, wobei die Außendurchmesser oder lokalen größten Außendurchmesser der vorderen und hinteren Vorsprünge gleich groß sind oder sich um maximal circa 0,2mm voneinander unterscheiden.
  • Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befindet/befinden sich im zweiten Abschnitt der Außenfläche mindestens eine Nut und/oder Bohrung und/oder Vertiefung und/oder andere Öffnung und/oder ein Kanal, die/der mit dem ersten Abschnitt der Außenfläche in Fluidverbindung steht/stehen.
  • Vorteilhafterweise befindet/befinden sich im zweiten Abschnitt der Außenfläche mindestens eine Nut und/oder Bohrung und/oder Vertiefung und/oder andere Öffnung und/oder ein Kanal befindet/befinden, die/der mit der weiteren Nut im ersten Abschnitt der Außenfläche in Fluidverbindung steht/stehen.
  • Günstigerweise befindet sich auf der Außenfläche des Körpers zwischen der Nut für einen Rundring oder mit einem darin angeordneten Rundring und der weiteren Nut ein umlaufender Aufnahmebereich zur Verbindung mit einem Düsenhalter.
  • Alternativ kann vorgesehen sein, dass sich auf der Außenfläche des Körpers zwischen der Nut für einen Rundring oder mit einem darin angeordneten Rundring und der weiteren Nut ein umlaufender Aufnahmebereich zur Verbindung mit einem Düsenhalter befindet.
  • Zweckmäßigerweise weist der Aufnahmebereich mindestens einen radialen Vorsprung und/oder mindestens eine radiale Vertiefung auf. Die radialen Vorsprünge und/oder Vertiefungen können sich dabei über lediglich einen begrenzten Winkel in Umfangsrichtung erstrecken und/oder äquidistant angeordnet sein.
  • Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Anordnung, weist der Düsenhalter auf seiner Verbindungsseite eine Zylinderwand mit einer Stirnringfläche, die an der axialen Anschlagfläche der Düse anliegt, und mit einer Innenfläche, die an der Zentrierfläche der Düse vorzugsweise ohne oder mit geringem Spiel anliegt, auf.
  • Vorteilhafterweise weist der Düsenhalter auf der Innenfläche der Zylinderwand einen zum Aufnahmebereich der Düse komplementären Aufnahmebereich auf.
  • Schließlich liefert die vorliegende Erfindung sowohl einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrennerkopf als auch einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrenner, jeweils umfassend eine Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 16 oder eine Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 19.
  • Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass durch die spezielle Gestaltung der Außenfläche der Düse die Nut mit dem Rundring so weit wie möglich am hinteren Ende der Düse angeordnet werden kann, ohne dass der Rundring dabei beschädigt wird, und gleichzeitig eine größere Fläche, die mit Kühlflüssigkeit in Berührung kommen kann, bereitgestellt wird. Zudem wird die Zentrierung der Düse im Düsenhalter weiter verbessert.
  • Zum Beispiel ermöglicht ein möglichst langer erster Abschnitt des Körpers der Düse eine gute Kühlung der Übergangsstelle zwischen einem Düsenhalter und der Düse sowie eine gute Zentrierung der Düse in dem Düsenhalter. Eine gute Kühlung der Übergangsstelle ist beim Zünden des Pilotlichtbogens, der zwischen der Elektrode und der Düse eines Plasmalichtbogenbrenners brennt, notwendig. Ebenso ist sie notwendig, wenn der Plasmalichtbogenbrenner indirekt betrieben wird. Im letztgenannten Fall brennt der Plasmalichtbogen oft mit hoher elektrischer Leistung bzw. mehreren kW zwischen der Elektrode und der Düse. Dabei können Ströme über 100 A fließen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der zwei Ausführungsbeispiele anhand der schematischen Zeichnungen im Einzelnen erläutert werden. Dabei zeigt:
    • Figur 1 eine Schnittansicht (links) und eine Rückansicht (rechts) von einer Düse gemäß einer ersten besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • Figur 2 eine Schnittansicht (links) und eine Rückansicht (rechts) von einer Düse gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • Figur 3 eine Schnittansicht (links) und eine Rückansicht (rechts) von einer Düse gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • Figur 4 eine Schnittansicht eines Plasmalichtbogenbrennerkopfes mit der Düse von Figur 1.
    • Figur 5 eine Schnittansicht eines Plasmalichtbogenbrennerkopfes mit der Düse von Figur 2.
    • Figur 6 eine Schnittansicht eines Plasmalichtbogenbrennerkopfes mit der Düse von Figur 3.
  • Die jeweiligen vergrößerten Zeichnungsausschnitte in den Figuren 4 bis 6 zeigen Einzelheiten der Anordnung der Düse und eines Düsenhalters.
  • Die in der Figur 1 gezeigte Düse für einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrenner umfasst einen Körper 2 mit einer axialen Gesamtlänge L, das heißt entlang der Längsachse M1, einer Innenfläche 2.20 und einer Außenfläche 2.22, einem vorderen Ende 2.24 und einem hinteren Ende 2.26 und einer Düsenöffnung 2.28 am vorderen Ende 2.24. Zudem weist der Körper 2 an seinem vorderen Ende 2.24 eine Nut 2.38 auf. In der Nut 2.38 befindet sich, wenn die Düse in den Plasmalichtbogenbrenner eingebaut ist, ein Rundring 2.40 (siehe Figur 4 und 5) zur Abdichtung des Raumes zwischen Düse und Düsenkappe 3 (siehe Figur 4 und 5). Die Außenfläche 2.22 des Körpers 2 weist, ausgehend von dem hinteren Ende 2.26, einen im Wesentlichen zylindrischen ersten Abschnitt 2.1 mit einer axialen Länge L1 auf, in dem sich am hinteren Ende 2.26 des Körpers 2 eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut 2.10 für einen Rundring (nicht gezeigt), die zum hinteren Ende 2.26 des Körpers 2 durch einen Vorsprung 2.30 begrenzt ist, der einen Außendurchmesser D1 des Körpers 2 definiert, und am vorderen Ende 2.24 eine Zentrierfläche A11 für einen Düsenhalter (nicht gezeigt) befindet, die einen Außendurchmesser D12 des Körpers 2 definiert. Des Weiteren weist die Außenfläche einen sich an den ersten Abschnitt 2.1 zum vorderen Ende 2.24 hin direkt anschließenden zweiten Abschnitt 2.2 mit einer axialen Länge L2 auf, der eine axiale Anschlagfläche B 11 für einen Düsenhalter (nicht gezeigt) an der Grenze zum ersten Abschnitt 2.1, die einen Außendurchmesser D21 des Körpers 2 definiert, aufweist und sich zumindest in einem Teilabschnitt zum vorderen Ende 2.24 des Körpers hin im Wesentlichen kegelig verjüngt. Der erste Abschnitt 2.1 der Außenfläche 2.22 weist somit zwischen der Grenze zwischen dem ersten Abschnitt 2.1 und dem zweiten Abschnitt 2.2 und der Nut 2.10 eine insbesondere große Außenfläche A13 auf, die, wenn die Düse in einen Plasmalichtbogenbrennerkopf (nicht gezeigt) eingebaut ist, mit einer Kühlflüssigkeit in Kontakt treten kann, wodurch die Kühlung verbessert wird.
  • Da der Durchmesser D12 in dieser Ausführungsform 22,8 mm beträgt und der Durchmesser D11 in dieser Ausführungsform 20,8 mm beträgt, beträgt die Differenz D12-D11=2mm. Zudem ergibt sich für (D12-D11)/(D12)-0,088.
  • Aus der Figur 1 ergibt sich ferner, dass der Außendurchmesser D12 der größte Außendurchmesser des ersten Abschnitts 2.1 ist und der Außendurchmesser D21 der größte Außendurchmesser des zweiten Abschnitts 2.2 ist, wobei der größte Außendurchmesser D 12 des ersten Abschnitts 2.1 kleiner als der größte Außendurchmesser D21 des zweiten Abschnitts 2.2 ist. Zudem ist der Außendurchmesser des Körpers 2 in Figur 1 links (D11) und rechts (D12a) von der Nut 2.10 identisch, das heißt D11=D12a.
  • Außerdem befindet sich im zweiten Abschnitt 2.2 der Außenfläche 2.22 ein Kanal B 13, der mit dem ersten Abschnitt 2.1 der Außenfläche 2.22 in Fluidverbindung steht. Der Kanal B13 kann sich auch zumindest teilweise im ersten Abschnitt 2.1 erstrecken.
  • Mit L12-8,2mm, L13=2,3mm und L1=10,5mmergibt sich für L12/L13=8,2mm/2,3mm=3,565 und L12/L1=0,781 und für D12/L1=2,171.
  • Figur 2 zeigt eine Düse für einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrennerkopf (nicht gezeigt), die einen Körper 2 mit einer axialen Gesamtlänge L, einer Innenfläche 2.20 und einer Außenfläche 2.22, einem vorderen Ende 2.24 und einem hinteren Ende 2.26 und einer Düsenöffnung 2.28 am vorderen Ende 2.24 umfasst. Zudem weist der Körper 2 an seinem vorderen Ende 2.24 eine Nut 2.38 auf. In der Nut 2.38 befindet sich, wenn die Düse in den Plasmalichtbogenbrenner eingebaut ist, ein Rundring 2.40 (siehe Figur 4 und 5) zur Abdichtung des Raumes zwischen Düse und Düsenkappe 3 (siehe Figur 4 und 5). Die Außenfläche 2.22 des Körpers 2 weist, ausgehend von dem hinteren Ende 2.26, einen im Wesentlichen zylindrischen ersten Abschnitt 2.1 mit einer axialen Länge L1 auf, in dem sich am hinteren Ende 2.26 des Körpers 2 eine sich im Umfangsrichtung erstreckende Nut 2.10 für einen Rundring (nicht gezeigt) die zum hinteren Ende 2.26 des Körpers durch einen Vorsprung 2.30 begrenzt ist, der einen Außendurchmesser D11 des Körpers 2 definiert, und am vorderen Ende 2.24 eine Zentrierfläche A11 für einen Düsenhalter (nicht gezeigt) befindet, die einen Außendurchmesser D12 des Körpers 2 definiert. Zudem weist die Außenfläche 2.22 einen sich daran zum vorderen Ende 2.24 hin direkt anschließenden zweiten Abschnitt 2.2 mit einer axialen Länge L2 auf, der eine axiale Anschlagfläche B 11 für einen Düsenhalter an der Grenze zum ersten Abschnitt 2.1, die einen Außendurchmesser D21 des Körpers 2 definiert, aufweist, und sich zumindest in einem Teilabschnitt zum vorderen Ende 2.24 des Körpers 2 im Wesentlichen kegelig verjüngt. Hinsichtlich der Abmessungen D12 und D11 gelten dieselben Werte und Verhältnisse bzw. Differenzen wie hinsichtlich der in der Figur 1 gezeigten Düse. In der Außenfläche 2.22 des ersten Abschnitts 2.1 befindet sich jedoch eine weitere Nut 2.11. Diese weist vorzugsweise eine Querschnittsfläche von mindestens 3mm2 auf. Zudem erstreckt sie sich vorteilhafterweise in der Umfangsrichtung des Körpers 2. Die weitere Nut 2.11 ist in Richtung zum vorderen Ende 2.24 des Körpers 2 durch einen in Umfangsrichtung des Körpers 2 verlaufenden vorderen Vorsprung 2.34, dessen Außenfläche von der Zentrierfläche A11 gebildet ist, begrenzt und in Richtung des hinteren Endes 2.26 des Körpers 2 durch einen in Umfangsrichtung des Körpers 2 verlaufenden hinteren Vorsprung 2.36 begrenzt, dessen Außenfläche von der Fläche bzw. Zentrierfläche A12 gebildet ist. Für die in der Figur 2 gezeigte Düse gelten dieselben Werte wie für L12/L13, L12/L1 sowie D12/L1.
  • Wie sich ferner aus der Figur 2 ergibt, definiert der vordere Vorsprung 2.34 einen lokalen größten Außendurchmesser D12 des Körpers 2 und definiert der hintere Vorsprung 2.36 einen lokalen größten Außendurchmesser D12. Mit anderen Worten sind in diesem Beispiel die lokalen größten Außendurchmesser der vorderen und hinteren Vorsprünge 2.34 und 2.36 gleich groß. Die lokalen größten Außendurchmesser der vorderen und hinteren Vorsprünge müssen aber nicht gleichgroß sein. In der Regel sollte aber der hintere Vorsprung 2.36 nicht größer als der vordere Vorsprung 2.34 sein. Durch die vorderen und hinteren Vorsprünge 2.34 und 2.36 mit identischem Außendurchmesser D12 bestehen bei dieser Düse zwei Kontaktflächen, die mit einem Düsenhalter (nicht gezeigt) in Kontakt stehen, wenn die Düse eingebaut ist. Es handelt sich um die Zentrierfläche A11 und die Fläche bzw. Zentrierfläche A12.
  • Wie sich ebenfalls aus der Figur 2 ergibt, weist der zweite Abschnitt 2.2 eine Nut B 12 auf, die mit der weiteren Nut 2.11 in Fluidverbindung steht. Die Nut B 12 kann sich auch zumindest teilweise im ersten Abschnitt 2.1 erstrecken.
  • Figur 3 zeigt eine Düse für einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrenner mit einem Körper 2, der eine axiale Gesamtlänge L, das heißt entlang der Längsachse M1, eine Innenfläche 2.20 und eine Außenfläche 2.22, ein vorderes Ende 2.24 und ein hinteres Ende 2.26 sowie eine Düsenöffnung 2.28 am vorderen Ende 2.24 aufweist. Die Außenfläche 2.22 des Körpers 2 weist, ausgehend von dem hinteren Ende 2.26, einen ersten Abschnitt 2.1 mit den gleichen Merkmalen wie der erste Abschnitt 2.1 der in der Figur 2 gezeigten Düse und einen sich an den ersten Abschnitt 2.1 zum vorderen Ende 2.24 hin direkt anschließenden zweiten Abschnitt 2.2 mit einer axialen Länge L2 auf. Der zweite Abschnitt 2.2, insbesondere das vordere Ende 2.24 ist beispielhaft anders gestaltet. Der Körper 2 hat am vorderen Ende 2.24 im Gegensatz zum Körper von Figur 2 keine Nut 2.38. Die in einen Plasmalichtbogenbrennerkopf eingebaute Düse aus Figur 3 ist in Figur 6 gezeigt. Hier erfolgt die Abdichtung des Raumes zwischen Düse und Düsenkappe 3 durch eine Berührung der metallischen Oberflächen der Düse und der Düsenkappe 3. Weiterhin ist eine andere Innenkontur der Düse bzw. des Körpers beispielhaft gezeigt. Dies Düse kann beispielweise für die indirekte Betriebsweise eingesetzt werden.
  • Figur 4 zeigt einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrennerkopf mit der Düse von Figur 1. Der Körper 2 der Düse ist in einem Düsenhalter 7 befestigt und wird durch eine Düsenkappe 3 fixiert. Im inneren Hohlraum des Körpers 2 ist eine Elektrode 1 angeordnet. Zwischen der Elektrode 1 und dem Körper 2 befindet sich eine Plasmagasführung 4 für Plasmagas PG, das durch die Plasmagasführung 4, dann durch den Raum zwischen Elektrode 1 und Düse und letztlich aus der Düsenöffnung 2.28 strömt. Der Plasmalichtbogenbrennerkopf verfügt weiterhin über eine Düsenschutzkappe 5, die von einer Düsenschutzkappenhalterung 8 gehalten wird. Zwischen der Düsenkappe 3 und der Düsenschutzkappe 5 ist eine Sekundärgasführung 6 für Sekundärgas SG angeordnet. Das Sekundärgas SG strömt durch Öffnungen (nicht dargestellt) der Sekundärgasführung 6, dann durch den Raum zwischen Düsenkappe 3 und Düsenschutzkappe 5 und letztlich aus der vorderen Öffnung 5.1 der Düsenschutzkappe 5. Es gibt auch die Möglichkeit, dass die Düse und Düsenkappe 3 aus einem Teil bestehen. Ebenso gibt es Plasmalichtbogenbrennerköpfe, die ohne Sekundärgas betrieben werden. Diese haben dann in der Regel keine Düsenschutzkappe, keine Düsenschutzkappenhalterung und keine Sekundärgasführung.
  • Die Kühlflüssigkeit strömt über den Kühlflüssigkeitsvorlauf WV durch den Düsenhalter 7, durchströmt den Raum 10 zwischen Düsenhalter 7 und Düse , strömt dann durch die Kanäle B 13 der Düse in den Raum zwischen Düse und Düsenkappe 3, bevor sie durch den Kühlflüssigkeitsrücklauf WR wieder zurück strömt.
  • Der erste Abschnitt 2.1 des Körpers 2 ist in den Düsenhalter 7 eingesetzt. Dabei trifft eine axiale Anschlagfläche B11 des Körpers 2 auf eine axiale Anschlagfläche B71 des Düsenhalters 7. Damit wird die Positionierung der Düse bzw. des Körpers 2 entlang der Längsachse M des Plasmalichtbogenbrennerkopfes bestimmt. Die Zentrierfläche A11 des Körpers 2 und die Zentrierfläche A71 des Düsenhalter 7 bestimmen die Zentrierung der Düse bzw. des Körpers 2 im Düsenhalter 7. Durch diese Anordnung wird eine gute Zentrierung erreicht. Wie bereits beschrieben, durchströmt die Kühlflüssigkeit den Raum 10 zwischen Düsenhalter 7 und Düse bzw. Körpers 2. Dieser Raum wird hier durch die Flächen A71 des Düsenhalters 7 und A13 der Düse sowie den Rundring 2.42 in der Nut 2.10 und die Anschlagsflächen B11 und B71 begrenzt und umgibt hier den gesamten Außenumfang dieses Düsenabschnitts. Dadurch steht die große Außenfläche A13 der Düse mit der Kühlflussigkeit in Kontakt, wodurch die Kühlung verbessert wird. Hier wird auch deutlich, dass durch die erfindungsgemäße Lösung eine Beschädigung des Rundringes 2.42 in Nut 2.10 vermieden wird. Dies ist insbesondere wichtig, wenn sich auf der Zentrierfläche A71 beispielsweise Vorsprünge befinden.
  • Figur 5 zeigt einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrennerkopf mit der Düse von Figur 2.
  • Der Körper 2 der Düse ist in einem Düsenhalter 7 befestigt und wird durch eine Düsenkappe 3 fixiert. Im inneren Hohlraum des Körpers 2 ist eine Elektrode 1 angeordnet. Zwischen der Elektrode 1 und dem Körper 2 befindet sich eine Plasmagasführung 4 für Plasmagas PG, das durch die Plasmagasführung 4, dann durch den Raum zwischen Elektrode 1 und Düse und letztlich aus der Düsenöffnung 2.28 strömt. Der Plasmalichtbogenbrennerkopf verfügt weiterhin über eine Düsenschutzkappe 5, die von einer Düsenschutzkappenhalterung 8 gehalten wird. Zwischen der Düsenkappe 3 und der Düsenschutzkappe 5 ist eine Sekundärgasführung 6 für Sekundärgas SG angeordnet. Das Sekundärgas SG strömt durch Öffnungen (nicht dargestellt) der Sekundärgasführung 6, dann durch den Raum zwischen Düsenkappe 3 und Düsenschutzkappe 5 und letztlich aus der vorderen Öffnung 5.1 der Düsenschutzkappe 5. Es gibt auch die Möglichkeit, dass die Düse und Düsenkappe 3 aus einem Teil bestehen. Ebenso gibt es Plasmalichtbogenbrennerköpfe, die ohne Sekundärgas betrieben werden. Diese haben dann in der Regel keine Düsenschutzkappe, keine Düsenschutzkappenhalterung und keine Sekundärgasführung.
  • Wie auch im Zusammenhang mit der Figur 3 erörtert wurde, weist die in dem Plasmalichtbogenbrennerkopf der Figur 6 verwendete Düse Ähnlichkeit mit der Düse von Figur 2 auf, aber gibt es auch Unterschiede, und zwar in diesem Beispiel hinsichtlich der Dichtung im vorderen Bereich. Es gibt weder eine Nut 2.38 noch einen darin eingesetzten Rundring 2.40 wie bei der Düse von Figur 2 bzw. 5. Da auch eine indirekte Betriebsweise möglich ist, ist ein Strom- und Wärmeübergang im Kontaktbereich zwischen der Düse und der Düsenkappe besonders wichtig wegen möglicher hoher Ströme, die üblicherweise größer als 100A sind.
  • Die Kühlflüssigkeit strömt über den Kühlflüssigkeitsvorlauf WV durch den Düsenhalter 7, durchströmt den Raum 10 zwischen Düsenhalter 7 und Düse, der durch die Nut 2.11 und die Zentrierfläche A71 gebildet wird, strömt dann durch die Nut B 12 der Düse bzw. des Körpers 2, die mit der Nut 2.11 in Fluidverbindung steht in den 2 Raum zwischen Düse und Düsenkappe 3, bevor es durch den Kühlflüssigkeitsrücklauf WR wieder zurück strömt.
  • Die Zentrierung ist bei den Anordnungen gemäß Figuren 5 und 6 noch besser als in Figur 4, da die Zentrierung der Düse über die Flächen A11 und A12 mit der Fläche A71 des Düsenhalters 7 erfolgt. Die so gebildete Kontaktfläche zwischen Düse bzw. Körper 2 und Düsenhalter 7 ist größer, was zusätzlich auch den Wärmeübergang und auch Stromübergang zwischen Düse und Düsenhalter 7. Ebenso erfolgt keine Beschädigung des Rundrings 2.42 in der Nut 2.10 (siehe Figur 3).
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in den beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Elektrode
    2
    Körper
    2.1
    erster Abschnitt
    2.10
    Nut
    2.2
    zweiter Abschnitt
    2.20
    Innenfläche
    2.22
    Außenfläche
    2.24
    vorderes Ende
    2.26
    hinteres Ende
    2.28
    Düsenöffnung
    2.30
    Vorsprung
    2.32
    Kantenlinie
    2.34
    vorderer Vorsprung
    2.36
    hinterer Vorsprung
    2.38
    Nut
    2.40
    Rundring
    2.42
    Rundring
    3
    Düsenkappe
    4
    Plasmagasführung
    5
    Düsenschutzkappe
    6
    Sekundärgasführung
    7
    Düsenhalter
    8
    Düsenschutzkappenhalter
    10
    Raum
    A11
    Zentrierfläche
    A12
    Fläche
    A13
    Außenfläche
    A71
    Zentrierfläche
    B11
    axiale Anschlagfläche
    B12
    Nut
    B13
    Kanäle
    B71
    axiale Anschlagfläche
    D11
    Außendurchmesser
    D12
    Außendurchmesser
    D12a
    Außendurchmesser
    D13
    Durchmesser
    D21
    Außendurchmesser
    L
    axiale Gesamtlänge
    L1
    axiale Länge
    L2
    axiale Länge
    L12
    Länge
    L13
    Länge
    L14
    Länge
    M
    Längsachse
    M1
    Längsachse
    WR
    Kühlflüssigkeitsrücklauf
    WV
    Kühlflüssigkeitsvorlauf

Claims (21)

  1. Düse für einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrennerkopf, umfassend:
    einen Körper (2) mit einer axialen Gesamtlänge L, einer Innenfläche (2.20) und einer Außenfläche (2.22), einem vorderen (2.24) und einem hinteren Ende (2.26) und einer Düsenöffnung (2.28) am vorderen Ende (2.24),
    wobei die Außenfläche (2.22) des Körpers (2), ausgehend von dem hinteren Ende (2.26), einen im Wesentlichen zylindrischen ersten Abschnitt (2.1) mit einer axialen Länge L1, in dem sich am hinteren Ende (2.26) des Körpers (2) eine sich vorzugsweise in Umfangsrichtung erstreckende Nut (2.10) für einen oder mit einem darin angeordneten Rundring (2.42), die zum hinteren Ende (2.26) des Körpers (2) durch einen Vorsprung (2.30) begrenzt ist, der einen Außendurchmesser D11 des Körpers (2) definiert, und am vorderen Ende eine Zentrierfläche (A11) für einen Düsenhalter (7) befindet, die einen Außendurchmesser D12 des Körpers (2) definiert, und einen sich daran zum vorderen Ende (2.24) hin anschließenden zweiten Abschnitt (2.2) mit einer axialen Länge L2 aufweist, der eine axiale Anschlagfläche (B11) für einen Düsenhalter an der Grenze zum ersten Abschnitt (2.1), die einen Außendurchmesser D21 des Körpers (2) definiert,
    aufweist und sich zumindest in einem Teilabschnitt zum vorderen Ende (2.24) des Körpers (2) im Wesentlichen kegelförmig verjüngt,
    wobei gilt: D 12 - D 11 ≥ 1 , 5 mm
    Figure imgb0001
    und/oder D 12 - D 11 / D 12 ≥ 0 , 07.
    Figure imgb0002
  2. Düse für einen flüssigkeitsgekühlten Plasmalichtbogenbrenner, umfassend:
    einen Körper (2) mit einer axialen Gesamtlänge L, einer Innenfläche (2.20) und einer Außenfläche (2.22), einem vorderen (2.24) und einem hinteren Ende (2.26) und einer Düsenöffnung (2.28) am vorderen Ende (2.24),
    wobei die Außenfläche (2.22) des Körpers (2), ausgehend von dem hinteren Ende (2.26), einen im Wesentlichen zylindrischen ersten Abschnitt (2.1) mit einer axialen Länge L1, in dem sich am hinteren Ende (2.26) des Körpers (2) eine sich vorzugsweise in Umfangsrichtung erstreckende Nut (2.10) für einen oder mit einem darin angeordneten Rundring (2.42), die zum hinteren Ende (2.26) des Körpers (2) durch einen Vorsprung (2.30) begrenzt ist, der einen Außendurchmesser D11 des Körpers (2) definiert, und am vorderen Ende (2.24) eine Zentrierfläche (A11) für einen Düsenhalter (7) befindet, die einen Außendurchmesser D12 des Körpers (2) definiert, und einen sich daran zum vorderen Ende (2.24) hin anschließenden zweiten Abschnitt (2.2) mit einer axialen Länge L2 aufweist, der eine axiale Anschlagfläche (B 11) für einen Düsenhalter (7) an der Grenze zum ersten Abschnitt (2.1), die einen Außendurchmesser D21 des Körpers (2) definiert, aufweist und sich zumindest in einem Teilabschnitt zum vorderen Ende (2.26) des Körpers (2) im Wesentlichen kegelförmig verjüngt, insbesondere nach Anspruch 1,
    wobei für die Länge L12 des Abstands zwischen der axialen Anschlagfläche (B11) des zweiten Abschnitts (2.2) und der nächstliegenden Kantenlinie (2.32) der Nut (2.10) und der Länge L13 des Abstands zwischen besagter Kantenlinie (2.32) und dem hinteren Ende (2.26) des Körpers (2) gilt L 12 / L 13 ≥ 3 , besonders bevorzugt L 12 / L 13 ≥ 3 , 3
    Figure imgb0003
    und/oder
    wobei für die Länge L12 des Abstands zwischen der axialen Anschlagfläche (B11) des zweiten Abschnitts (2.2) und der nächstliegenden Kantenlinie (2.32) der Nut (2.10) und der Länge L1 des ersten Abschnitts (2.1) gilt L 12 / L 1 ≥ 0 , 75 und besonders bevorzugt L 12 / L 1 ≥ 0 , 77 ,
    Figure imgb0004
    und/oder
    wobei gilt D 12 / L 1 ≤ 2 , 3.
    Figure imgb0005
  3. Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser D12 der größte Außendurchmesser des ersten Abschnitts (2.1) ist.
  4. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser D21 der größte Außendurchmesser des zweiten Abschnitts (2.2) ist.
  5. Düse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der größte Außendurchmesser des ersten Abschnitts (2.1) kleiner als der größte Außendurchmesser des zweiten Abschnitts (2.2) ist.
  6. Düse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Außenfläche (2.22) des ersten Abschnitts (2.1) mindestens eine weitere Nut (2.11) befindet.
  7. Düse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine weitere Nut (2.11) eine Querschnittsfläche von mindestens 3 mm2 aufweist.
  8. Düse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die weitere Nut (2.11) in der Umfangsrichtung des Körpers (2) erstreckt.
  9. Düse nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die weitere Nut (2.11) in der Umfangsrichtung des Körpers (2) über einen Winkel im Bereich von circa 20° bis ca. 360° erstreckt.
  10. Düse nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Nut (2.11) in Richtung zum vorderen Ende (2.24) des Körpers (2) durch einen in Umfangsrichtung des Körpers (2) verlaufenden vorderen Vorsprung (2.34), dessen Außenfläche von der Zentrierfläche (A11) gebildet ist, begrenzt ist und/oder die weitere Nut (2.11) in Richtung des hinteren Endes (2.26) des Körpers (2) durch einen in Umfangsrichtung des Körpers (2) verlaufenden hinteren Vorsprung (2.36) begrenzt ist.
  11. Düse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Vorsprung (2.34) einen Außendurchmesser oder einen lokalen größten Außendurchmesser des Körpers (2) definiert und der hintere Vorsprung (2.36) einen Außendurchmesser oder einen lokalen größten Außendurchmesser definiert, wobei die Außendurchmesser oder lokalen größten Außendurchmesser der vorderen (2.34) und hinteren Vorsprünge (2.36) gleich groß sind oder sich um maximal circa 0,2mm voneinander unterscheiden.
  12. Düse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich im zweiten Abschnitt (2.2) der Außenfläche (2.22) mindestens eine Nut und/oder Bohrung und/oder Vertiefung und/oder andere Öffnung und/oder ein Kanal befindet/befinden, die/der mit dem ersten Abschnitt (2.1) der Außenfläche (2.22) in Fluidverbindung steht/stehen.
  13. Düse nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich im zweiten Abschnitt (2.2) der Außenfläche (2.22) mindestens eine Nut und/oder Bohrung und/oder Vertiefung und/oder andere Öffnung und/oder ein Kanal befindet/befinden, die/der mit der weiteren Nut (2.11) im ersten Abschnitt (2.1) der Außenfläche (2.22) in Fluidverbindung steht/stehen.
  14. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf der Außenfläche (2.22) des Körpers (2) zwischen der Nut (2.10) für einen Rundring oder mit einem darin angeordneten Rundring und der axialen Anschlagfläche (B11) ein umlaufender Aufnahmebereich zur Verbindung mit einem Düsenhalter befindet.
  15. Düse nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf der Außenfläche (2.22) des Körpers (2) zwischen der Nut (2.10) für einen Rundring oder mit einem darin angeordneten Rundring und der weiteren Nut (2.11) ein umlaufender Aufnahmebereich zur Verbindung mit einem Düsenhalter befindet.
  16. Düse nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmebereich mindestens einen radialen Vorsprung und/oder mindestens eine radiale Vertiefung aufweist.
  17. Anordnung aus einem Düsenhalter und einer Düse nach einem der vorangehenden Ansprüche.
  18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenhalter auf seiner Verbindungsseite eine Zylinderwand mit einer Stirnringfläche, die an der axiale Anschlagfläche (B11) der Düse anliegt, und mit einer Innenfläche, die an der Zentrierfläche (A11) der Düse vorzugsweise ohne oder mit geringem Spiel anliegt, aufweist.
  19. Anordnung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenhalter auf der Innenfläche der Zylinderwand einen zum Aufnahmebereich der Düse komplementären Aufnahmebereich aufweist.
  20. Flüssigkeitsgekühlter Plasmalichtbogenbrennerkopf, umfassend eine Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 16 oder eine Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 19.
  21. Flüssigkeitsgekühlter Plasmalichtbogenbrenner, umfassend eine Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 16 oder eine Anordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 19.
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