EP3751967A1 - Method for treating the surface of workpieces by means of a plasma jet and plasma torch for carrying out such a method - Google Patents

Method for treating the surface of workpieces by means of a plasma jet and plasma torch for carrying out such a method Download PDF

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EP3751967A1
EP3751967A1 EP19180192.7A EP19180192A EP3751967A1 EP 3751967 A1 EP3751967 A1 EP 3751967A1 EP 19180192 A EP19180192 A EP 19180192A EP 3751967 A1 EP3751967 A1 EP 3751967A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle
arc
cathode
plasma torch
anode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19180192.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Alen MEHIC
Andreas Leonhartsberger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fronius International GmbH
Original Assignee
Fronius International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fronius International GmbH filed Critical Fronius International GmbH
Priority to EP19180192.7A priority Critical patent/EP3751967A1/en
Priority to PCT/EP2020/066042 priority patent/WO2020249595A1/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3405—Arrangements for stabilising or constricting the arc, e.g. by an additional gas flow
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05H1/24—Generating plasma
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    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3468—Vortex generators

Definitions

  • the invention relates to a method for treating the surface of workpieces with the aid of a plasma jet under atmospheric pressure, with an arc between the free end of a cathode of a plasma torch and an anode designed as a nozzle with an opening by applying a current between the free end of the cathode and the Anode is generated, and a process gas is flowed into the nozzle, and by excitation of the process gas by the arc, the plasma jet is formed, which is guided over the surface of the workpiece to be processed.
  • the invention further relates to a plasma torch for generating a plasma jet under atmospheric pressure for processing the surface of workpieces, with a cathode with a free end and an anode designed as a nozzle with an opening, which is connected to a power source for applying a current to form an arc between the free end of the cathode and the anode are connected, and with a feed line for the inflow of a process gas into the nozzle.
  • a special process gas for example conditioned air, N 2 , He, Ar
  • This plasma is guided via a nozzle onto the surface of the workpiece to be treated, while the plasma torch is moved over the surface of the workpiece at a defined distance and speed.
  • quenching mixing in of the air molecules by turbulent currents
  • the arc of the plasma torch burns between the cathode and the anode, which is designed as a nozzle, in this case what is known as "non-transmitted arc operation".
  • Such plasma torches which are operated with a non-transferring arc (pilot arc), can be used in a suitable manner for surface treatments.
  • Process gas flowing past is converted into a plasma state by means of an arc.
  • a plasma flame is formed in the area of the nozzle of the plasma torch. This flame can be used specifically for surface treatment. Possible applications are, for example, the removal of organic contaminants such as oil residues and dry lubricants.
  • This process basically has two mechanisms of action. On the one hand the plasma activation and on the other hand the thermal effect of the hot plasma jet. The focus here is on the latter. Due to the high potential temperatures, processes such as preheating, reheating, softening and melting of coatings can also be implemented.
  • an electric arc between a negatively polarized cathode and a positively polarized anode, which is designed as a nozzle, is ignited via a power source.
  • the plasma-capable medium or the process gas is led to the plasma torch via a corresponding line and the plasma is generated there by the arc.
  • the plasma jet emerges from the nozzle without current, where it can be used to process the surface of workpieces due to the high energy density.
  • a major disadvantage of conventional methods for treating the surface of workpieces with the aid of a plasma jet and conventional plasma torches for carrying out such a method is the rapid wear and tear of components, in particular the nozzle, the cathode, but also the insulating sleeve between the cathode and anode, as well as the Clamping sleeve for the cathode, the plasma torch and the resulting short service life. It is usually necessary to replace the nozzle after about an hour of operation. This means an interruption in the machining process and time and costs for changing the nozzle.
  • the object of the present invention is to create an above-mentioned method for treating the surface of workpieces with the aid of a plasma jet under atmospheric pressure and a plasma torch for carrying out such a method, whereby optimal machining can be guaranteed over longer periods of time without wearing parts, in particular the nozzle of the plasma torch must be replaced after a short processing time. Disadvantages of the prior art are to be prevented or at least reduced.
  • the object according to the invention is achieved in that the process gas flows into the nozzle via at least one spiral gas channel, and thereby the arc rotates around the free end of the cathode in the anode designed as a nozzle. Due to the forced rotation of the relatively short arc within the anode, which is designed as a nozzle, the arc cannot remain locally at one point on the nozzle and rotates constantly around the opening of the nozzle. By preventing the arc from persisting at one point on the anode, customary local temperature increases, which would lead to thermal material damage within a short time, can be prevented.
  • the constant rotation of the arc around the opening of the anode which is designed as a nozzle, results in a uniform distribution of heat, which leads to a significant increase the service life of the nozzle, but also other wear parts, such as a clamping sleeve of the cathode or an insulating sleeve made of ceramic material arranged between the cathode and anode.
  • Applications have shown an increase in the life of the nozzle from 1 hour to more than 24 hours.
  • the rotation of the process gas is achieved in a simple manner by the spiral inflow of the process gas through corresponding channels.
  • the rotation of the arc can also reduce the noise level during the machining process.
  • By appropriately designing the at least one spiral gas channel it is possible to influence the speed of rotation of the arc and thus influence the noise level during the surface treatment of the workpiece.
  • the arc is preferably generated by direct current with a current strength between 10 and 500 A, preferably between 35 and 200 A.
  • the voltage for generating the arc is usually in the range between 10 V and 30 V.
  • the current is pulsed with a pulse frequency between 1 Hz and 40 kHz.
  • the pulse frequency of the current for generating the arc
  • the noise of the plasma torch can be further reduced during the surface treatment by placing the pulse frequency in a range of approximately less than 2 kHz or approximately greater than 15 kHz.
  • the arc can be generated by rectangular or sinusoidal current pulses or current pulses with smoothed edges. Sinusoidal pulse shapes or other pulse shapes with ground edges also cause reduced noise when the arc is generated.
  • Argon for example, can be used as the process gas. Also the use of compressed air is possible, which of course has advantages in terms of availability and costs.
  • the process gas flows into the nozzle with a flow rate between 5 l / min and 30 l / min, preferably between 7 l / min and 20 l / min.
  • a flow rate between 5 l / min and 30 l / min, preferably between 7 l / min and 20 l / min.
  • the arc can rotate at a rotational speed between 500 rpm and 3,000,000 rpm, preferably between 100,000 rpm and 300,000 rpm.
  • the speed of rotation is influenced by the design of the at least one spiral gas channel for the process gas, the flow rate of the process gas, but also the pulse frequency of the current for generating the arc.
  • the nozzle is cooled, preferably with a cooling liquid, such as cooling water with appropriate additives.
  • the object of the invention is also achieved by a plasma torch mentioned above, the feed line for the process gas opening into at least one spiral gas channel between the cathode and the nozzle, so that the arc rotates around the free end of the cathode in the anode designed as a nozzle.
  • the advantages associated therewith in particular the increase in the service life of the plasma torch, reference is made to the above description of the method for machining surfaces of workpieces.
  • this relatively simple and inexpensive structural measure can significantly reduce wear, in particular the nozzle of the plasma torch, but also a clamping sleeve for the cathode and an insulating sleeve between the cathode and anode, and significantly increase the service life.
  • the at least one spiral gas channel can be arranged on the cathode, a clamping sleeve for the cathode, on an insulating sleeve between the cathode and anode and / or on the inside of the anode.
  • the cathode is arranged in a clamping sleeve formed at least partially from electrically conductive material, preferably metal, and the at least one spiral gas channel is integrated on the jacket of the clamping sleeve.
  • electrically conductive material preferably metal
  • the at least one spiral gas channel is integrated on the jacket of the clamping sleeve.
  • a cylindrical insulating sleeve made of dielectric material, in particular made of ceramic, can be arranged around the clamping sleeve with the at least one spiral gas channel on the jacket.
  • the at least one spiral gas channel can also or additionally be arranged in this insulating sleeve.
  • the arrangement of the at least one spiral gas channel on the ceramic insulating sleeve is more complex than an arrangement on the clamping sleeve of the cathode or the cathode itself, but can bring advantages for certain applications.
  • the opening of the nozzle can be designed to taper discontinuously towards the outside, preferably have a conical section and a preferably cylindrical mouth, wherein within the tapered transition, in particular the transition of the conical section to the cylindrical mouth, an annular edge is formed, along which edge the Arc rotates.
  • the annular edge in the opening of the nozzle supports the stability of the arc and its rotation.
  • a defined surface can be implemented instead of the annular edge.
  • the at least one spiral-shaped gas channel is arranged essentially up to the annular edge of the opening of the nozzle, optimal results can be achieved with regard to the rotation of the arc during operation of the plasma torch.
  • the end of the at least one spiral gas channel is preferably spaced between 0 mm and 15 mm from the annular edge of the nozzle. Such dimensions have proven to be special suitably exposed.
  • a preferably annular cooling channel can be arranged around the nozzle.
  • the plasma nozzle is exposed to the highest temperatures, which is why it is necessary to cool it optimally. Cooling water with any additives is particularly suitable as the cooling medium. Better cooling can increase the service life of the nozzle, but also of other components of the plasma torch, even further.
  • An improved cooling effect can be achieved in that the cooling channel has constrictions, whereby the flow speed of the cooling medium, in particular the cooling liquid, is increased at the constrictions.
  • Such special changes in the cooling cross-section in the plasma torch increase the cooling water flow in the area of the highest temperature effect, which leads to an accelerated removal of the heat in the area of the nozzle.
  • the constrictions are formed, for example, by delimiting the cooling channel on one side by a cylindrical contour and on the other side by a polygonal, in particular hexagonal, contour. This represents a particularly simple implementation option for an annular cooling channel with constrictions arranged therein.
  • the at least one cooling channel is preferably arranged essentially up to the annular edge of the opening of the nozzle.
  • one to six, preferably two to five, spiral gas channels can be arranged in the plasma torch.
  • the height of the area of the at least one spiral gas channel is preferably between 3 mm and 50 mm, preferably between 10 mm and 30 mm.
  • the at least one spiral gas channel can have a slope between 5 ° and 80 °, preferably between 10 ° and 60 °.
  • the slope of the at least one gas channel does not necessarily have to be constant, but can also show changes over the course.
  • the at least one spiral gas channel can have a cross section between 0.5 mm 2 and 5 mm 2 , preferably between 0.5 mm 2 and 2 mm 2 .
  • the depth of the at least one spiral gas channel can be between 0.25 mm and 2 mm, preferably between 0.3 mm and 1 mm.
  • the at least one spiral gas channel can have a width between 0.5 mm and 4 mm, preferably between 2 mm and 3 mm.
  • Fig. 1 is the schematic structure of a plasma torch 1 for Generation of a plasma jet P under atmospheric pressure for treating the surface O of workpieces W is shown.
  • the plasma torch 1 has a cathode 2 with a free end 2 ′ and an anode 3 designed as a nozzle 4 with an opening 5.
  • the cathode 2 and the anode 3 are connected to a current source 7 for applying a current I.
  • a suitable current I such as a direct current I DC , or a direct current I DC pulsed with a certain pulse frequency f P with a sufficient current strength or amplitude, an arc L is created between the free end 2 'of the cathode 2 and the anode 3 ignited, for example with a high-frequency ignition.
  • a plasma-capable process gas G for example argon or compressed air, is flowed into the nozzle 4 via a supply line 8, where the excitation with the non-transmitted arc L generates a plasma jet P, which through the opening 5 of the nozzle 4 onto the surface O des workpiece W to be treated is directed.
  • Fig. 2 shows a sectional view of a plasma torch 1 according to the invention.
  • the plasma torch 1 has a cathode 2 with a free end 2 ′ that is clamped in a clamping sleeve 9.
  • An insulating sleeve 10 made of insulating material, in particular ceramic, is arranged around the clamping sleeve 9.
  • the feed line 8 for the process gas G opens into at least one spiral gas channel 6 between the cathode 2 and the nozzle 4, so that the arc L rotates around the free end 2 'of the cathode 2 in the anode 3 designed as a nozzle 4.
  • the arc L rotates, for example, at a rotational speed v r between 500 rpm and 3,000,000 rpm, preferably between 100,000 rpm and 300,000 rpm.
  • the at least one spiral gas channel 6 can be arranged on the outer surface of the cathode 2, the inner or outer surface of the clamping sleeve 9, on the inner or outer surface of the insulating sleeve 10 and / or on the inner side of the anode 3.
  • the at least one spiral gas channel 6 is preferably arranged on the outside of the clamping sleeve 9, since this is the easiest and most cost-effective to manufacture.
  • the clamping sleeve 9 is at least partially made of electrically conductive material, preferably Metal such as brass.
  • a plurality of gas ducts 6 can also be arranged on different components of the plasma torch 1 or offset from one another.
  • the opening 5 of the nozzle 4 is designed to taper discontinuously to the outside, preferably has a conical section 11 and a preferably cylindrical mouth 12, and within the tapered transition, in particular the transition of the conical section 11 to the cylindrical mouth 12, an annular edge 13 is formed, the arc L will burn between the free end 2 'of the cathode 2 and this annular edge 13 and rotate along this annular edge 13.
  • the at least one spiral gas channel 6 preferably extends as far as the annular edge 13 of the opening 5 of the nozzle 4.
  • An annular cooling channel 14, through which a suitable cooling medium, in particular cooling water with appropriate additives, can flow, can be arranged around the nozzle 4 of the plasma torch 1.
  • the at least one cooling channel 14 preferably extends essentially as far as the annular edge 13 of the opening 5 of the nozzle 4 in order to be able to optimally dissipate the heat occurring there (see the schematic sectional view according to FIG Fig. 8 through the plasma torch 1 along the section line VIII - VIII).
  • Fig. 3 shows a possible design of a clamping sleeve 9 for the cathode 2 with a spiral gas channel 6.
  • a plurality of, for example two to five, spiral-shaped gas channels 6 can also be arranged offset.
  • the height h K of the region of the at least one spiral gas channel 6 can be between 3 mm and 50 mm, preferably between 10 mm and 30 mm.
  • the slope ⁇ K can be between 5 ° and 80 °, preferably between 10 ° and 60 °. This slope ⁇ K does not necessarily have to be constant over the height h K , but can also have certain changes along the height h K , which can affect the flow of the process gas G and thus the rotation of the arc L.
  • the insulating sleeve 10 is shown, which is pushed along the arrows over the clamping sleeve 9 and causes the insulation to the nozzle 4.
  • Fig. 4 shows the detail IV of the spiral gas channel 6 in the clamping sleeve 9 from Fig. 3 in an enlarged view.
  • the gas channel 6 has a depth t K which can be between 0.25 mm and 2 mm, preferably between 0.3 mm and 1 mm.
  • the width b K of the spiral gas channel 6 can be between 0.5 mm and 4 mm, preferably between 2 mm and 3 mm.
  • the cross section A K of the at least one gas channel 6 is in the range of 0.5 mm 2 and 5 mm 2 , preferably between 0.5 mm 2 and 2 mm 2 .
  • insulating sleeve 10 is shown with a spiral gas channel 6 arranged thereon.
  • the insulating sleeve 10 arranged between the cathode 2 or clamping sleeve 9 and the anode 3 is made of insulating material, in particular ceramic.
  • At least one spiral gas duct 6 is arranged on the outside of the insulating sleeve 10.
  • the gas channel 6 could also be arranged on the inside of the insulating sleeve 10, but this is more complex in terms of production technology.
  • insulating sleeve 10 of a plasma torch 1 with a spiral gas channel 6 arranged thereon is shown.
  • the insulating sleeve 10 is composed of two parts and is made of an electrically insulating material at the upper end and inside and at least partially made of electrically conductive material, for example copper or brass, in the lower section outside.
  • the at least one spiral gas duct 6 is arranged on the outside of this part of the insulating sleeve 10 made of electrically conductive material.
  • a cathode 2 with a pointed free end 2 ' is shown, on the outside of which the spiral-shaped gas channel 6 is formed.
  • the cathode 2 consists of an electrically conductive material, for example tungsten, copper or brass. Furthermore, in Fig. 7 the clamping sleeve 9 is shown, which is pushed along the arrows over the cathode 2.
  • Fig. 8 shows a schematic sectional view through the plasma torch 1 according to FIG Fig. 2 along the section line VIII-VIII.
  • an annular cooling channel 14 is arranged around the nozzle 4 through which a suitable cooling medium, in particular cooling water with appropriate additives, is directed.
  • the annular cooling channel 14 preferably has constrictions 15. These constrictions 15 can be formed simply by delimiting the cooling channel 14 on one side by a cylindrical contour 16 and on the other side by a polygonal, in particular hexagonal, contour 17.
  • Such special constrictions 15 of the cooling channel 14 in the plasma torch 1 increase the cooling water flow in the area of the highest temperature effect, which leads to an accelerated removal of the heat in the area of the nozzle 4 of the plasma torch 1.
  • Fig. 9 a possible time course of a pulse-shaped current I for generating the arc L.
  • the arc is generated by a pulsed direct current I DC , the pulse frequency f P being selected accordingly. Rectangular pulse shapes with ground or rounded corners are best suited, since this allows the noises when generating the plasma jet P to be minimized.
  • the present invention increases the service life of the wearing parts of the plasma torch 1, in particular the nozzle 4, by forcing a rotation of the arc L between the free end 2 ′ of the cathode and the opening 5 of the anode 3. As a result, surfaces O of workpieces W can be machined for longer without interruption.
  • the structural measures for providing the at least one spiral gas channel 6 can be implemented relatively simply and inexpensively.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung der Oberfläche (O) von Werkstücken (W) mit Hilfe eines Plasmastrahls (P) unter Atmosphärendruck und einen Plasmabrenner (1) zur Durchführung eines solchen Verfahrens, mit einer Kathode (2) mit einem freien Ende (2') und einer als Düse (4) mit einer Öffnung (5) ausgebildeten Anode (3), welche mit einer Stromquelle (7) zum Anlegen eines Stromes (I) zur Bildung eines Lichtbogens (L) zwischen dem freien Ende (2') der Kathode (2) und der Anode (3) verbunden sind, und mit einer Zuleitung (8) zur Einströmung eines Prozessgases (G) in die Düse (4). Zur Verbesserung des Verfahrens und zur Erhöhung der Standzeit der Düse (4) ist vorgesehen, dass die Zuleitung (8) für das Prozessgas (G) in zumindest einem spiralförmigen Gaskanal (6) zwischen Kathode (2) und Düse (4) mündet, sodass der Lichtbogen (L) in der als Düse (4) ausgebildeten Anode (3) um das freie Ende (2') der Kathode (2) rotiert.The invention relates to a method for treating the surface (O) of workpieces (W) with the aid of a plasma jet (P) under atmospheric pressure and a plasma torch (1) for carrying out such a method, with a cathode (2) with a free end (2 ') and an anode (3) designed as a nozzle (4) with an opening (5), which is connected to a current source (7) for applying a current (I) to form an arc (L) between the free end (2') the cathode (2) and the anode (3) are connected, and with a feed line (8) for the inflow of a process gas (G) into the nozzle (4). To improve the process and to increase the service life of the nozzle (4), it is provided that the feed line (8) for the process gas (G) opens into at least one spiral gas channel (6) between cathode (2) and nozzle (4), so that the arc (L) rotates around the free end (2 ') of the cathode (2) in the anode (3) designed as a nozzle (4).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung der Oberfläche von Werkstücken mit Hilfe eines Plasmastrahls unter Atmosphärendruck, wobei zwischen einem freien Ende einer Kathode eines Plasmabrenners und einer als Düse mit einer Öffnung ausgebildeten Anode durch Anlegen eines Stromes ein Lichtbogen zwischen dem freien Ende der Kathode und der Anode erzeugt wird, und in die Düse ein Prozessgas eingeströmt wird, und durch Anregung des Prozessgases durch den Lichtbogen der Plasmastrahl gebildet wird, welcher über die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks geführt wird.The invention relates to a method for treating the surface of workpieces with the aid of a plasma jet under atmospheric pressure, with an arc between the free end of a cathode of a plasma torch and an anode designed as a nozzle with an opening by applying a current between the free end of the cathode and the Anode is generated, and a process gas is flowed into the nozzle, and by excitation of the process gas by the arc, the plasma jet is formed, which is guided over the surface of the workpiece to be processed.

Die Erfindung betrifft weiters einen Plasmabrenner zur Erzeugung eines Plasmastrahls unter Atmosphärendruck zur Bearbeitung der Oberfläche von Werkstücken, mit einer Kathode mit einem freien Ende und einer als Düse mit einer Öffnung ausgebildeten Anode, welche mit einer Stromquelle zum Anlegen eines Stromes zur Bildung eines Lichtbogens zwischen dem freien Ende der Kathode und der Anode verbunden sind, und mit einer Zuleitung zur Einströmung eines Prozessgases in die Düse.The invention further relates to a plasma torch for generating a plasma jet under atmospheric pressure for processing the surface of workpieces, with a cathode with a free end and an anode designed as a nozzle with an opening, which is connected to a power source for applying a current to form an arc between the free end of the cathode and the anode are connected, and with a feed line for the inflow of a process gas into the nozzle.

Die Behandlung von Oberflächen von Werkstücken mit Plasmen in Niederdruckkammern ist ein bereits gut etabliertes und bekanntes Verfahren, welches schon seit vielen Jahren industriell eingesetzt wird. Niederdruckplasmen zeichnen sich durch eine gute Spaltgängigkeit und hohe Wirksamkeit aus. Sie eignen sich gut für die Behandlung von Kleinteilen und auch von Schüttgut. Nachteilig sind neben hohen Investitionskosten die erforderliche Prozesszeit zum Abpumpen der Plasmakammern und die fehlende Möglichkeit die Plasmabehandlung In-Line durchführen zu können. Auch die Behandlung von größeren Werkstücken wird durch die dafür notwendigen großen Vakuumkammern rasch unwirtschaftlich.The treatment of surfaces of workpieces with plasmas in low-pressure chambers is a well-established and well-known process which has been used industrially for many years. Low-pressure plasmas are characterized by their ability to penetrate gaps and their effectiveness. They are well suited for handling small parts as well as bulk goods. In addition to high investment costs, the process time required to pump out the plasma chambers and the inability to perform the plasma treatment in-line are disadvantageous. The treatment of larger workpieces also quickly becomes uneconomical due to the large vacuum chambers required for this.

Zur Erzeugung eines Plasmastrahls unter Atmosphärendruck wird üblicherweise ein spezielles Prozessgas verwendet (beispielsweise aufbereitete Luft, N2, He, Ar), welches im Plasmabrenner durch Zuführen elektrischer Energie in den Plasmazustand gebracht wird. Dieses Plasma wird über eine Düse auf die zu behandelnde Oberfläche des Werkstücks geführt, während der Plasmabrenner mit definiertem Abstand und Geschwindigkeit über die Oberfläche des Werkstücks bewegt wird. Dabei kommt es zu Wechselwirkungen des Plasmas mit der Umgebungsluft ("Quenching", Einmischen der Luftmoleküle durch turbulente Strömungen) und zu Wechselwirkungen mit der zu behandelnden Oberfläche. Die In-Line Fähigkeit und die daraus resultierende, einfache Integrierbarkeit des Prozesses in bestehende Produktionsketten sind die bedeutendsten Vorteile dieses Verfahrens. Einschränkungen ergeben sich bei der Behandlung von Schüttgut und Kleinteilen, sofern sich diese nicht in ausreichendem Maße vor dem Plasmabrenner platzieren lassen.To generate a plasma jet under atmospheric pressure, a special process gas is usually used (for example conditioned air, N 2 , He, Ar), which is brought into the plasma state in the plasma torch by supplying electrical energy. This plasma is guided via a nozzle onto the surface of the workpiece to be treated, while the plasma torch is moved over the surface of the workpiece at a defined distance and speed. This leads to interactions of the Plasmas with the surrounding air ("quenching", mixing in of the air molecules by turbulent currents) and to interactions with the surface to be treated. The in-line capability and the resulting easy integration of the process into existing production chains are the most important advantages of this process. There are restrictions when handling bulk goods and small parts if these cannot be placed in front of the plasma torch to a sufficient extent.

Der Lichtbogen des Plasmabrenners brennt zwischen Kathode und als Düse ausgebildeter Anode, man spricht in diesem Fall vom sogenannten "nicht übertragenen Lichtbogen-Betrieb". Derartige Plasmabrenner, welche mit einem nicht übertragenden Lichtbogen (Pilotlichtbogen) betrieben werden, können für Oberflächenbehandlungen in geeigneter Weise eingesetzt werden. Dabei wird mittels Lichtbogen vorbeiströmendes Prozessgas in den plasmaförmigen Zustand überführt. Im Bereich der Düse des Plasmabrenners kommt es zur Ausbildung einer Plasmaflamme. Diese Flamme kann gezielt zur Oberflächenbehandlung verwendet werden. Mögliche Anwendungen sind zum Beispiel die Entfernung organischer Verunreinigungen wie zum Beispiel Ölrückstände sowie Trockenschmierstoffe. Dieses Verfahren hat prinzipiell zwei Wirkmechanismen. Einerseits die Plasma-Aktivierung andererseits die thermische Wirkung des Heißplasmastrahls. Letztere steht hierbei im Vordergrund. Durch die hohen potentiellen Temperaturen können auch Prozesse wie Vorwärmen, Nachwärmen, Entfestigen sowie Aufschmelzen von Beschichtungen realisiert werden.The arc of the plasma torch burns between the cathode and the anode, which is designed as a nozzle, in this case what is known as "non-transmitted arc operation". Such plasma torches, which are operated with a non-transferring arc (pilot arc), can be used in a suitable manner for surface treatments. Process gas flowing past is converted into a plasma state by means of an arc. A plasma flame is formed in the area of the nozzle of the plasma torch. This flame can be used specifically for surface treatment. Possible applications are, for example, the removal of organic contaminants such as oil residues and dry lubricants. This process basically has two mechanisms of action. On the one hand the plasma activation and on the other hand the thermal effect of the hot plasma jet. The focus here is on the latter. Due to the high potential temperatures, processes such as preheating, reheating, softening and melting of coatings can also be implemented.

Beim gegenständlichen Verfahren wird über eine Stromquelle ein Lichtbogen zwischen einer negativ gepolten Kathode und einer positiv gepolten Anode, welche als Düse ausgebildet ist, gezündet. Das plasmafähige Medium bzw. das Prozessgas wird über eine entsprechende Leitung zum Plasmabrenner geführt und dort durch den Lichtbogen das Plasma erzeugt. Der Plasmastrahl tritt stromlos aus der Düse aus, wo er aufgrund der hohen Energiedichte zum Bearbeiten der Oberfläche von Werkstücken verwendet werden kann.In the case of the present method, an electric arc between a negatively polarized cathode and a positively polarized anode, which is designed as a nozzle, is ignited via a power source. The plasma-capable medium or the process gas is led to the plasma torch via a corresponding line and the plasma is generated there by the arc. The plasma jet emerges from the nozzle without current, where it can be used to process the surface of workpieces due to the high energy density.

Beispielsweise beschreibt die EP 986 939 B1 eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung von Oberflächen, wobei mit geringem apparativen Aufwand eine schnelle und effiziente Bearbeitung größerer Oberflächen von Werkstücken ermöglicht wird, indem ein Rotationskopf vorgesehen ist.For example, describes the EP 986 939 B1 a device for plasma treatment of surfaces, with little equipment Effort a fast and efficient processing of larger surfaces of workpieces is made possible by a rotary head is provided.

Ein großer Nachteil bei herkömmlichen Verfahren zur Behandlung der Oberfläche von Werkstücken mit Hilfe eines Plasmastrahls und bei herkömmlichen Plasmabrennern zur Durchführung eines solchen Verfahrens ist der rasche Verschleiß von Komponenten, insbesondere der Düse, der Kathode, aber auch der Isolierhülse zwischen Kathode und Anode, sowie der Spannhülse für die Kathode, des Plasmabrenners und die resultierende geringe Standzeit. Üblicherweise ist es erforderlich, die Düse nach etwa einer Stunde Betriebszeit auszutauschen. Dies bedeutet eine Unterbrechung des Bearbeitungsverfahrens und Zeit und Kosten für den Wechsel der Düse.A major disadvantage of conventional methods for treating the surface of workpieces with the aid of a plasma jet and conventional plasma torches for carrying out such a method is the rapid wear and tear of components, in particular the nozzle, the cathode, but also the insulating sleeve between the cathode and anode, as well as the Clamping sleeve for the cathode, the plasma torch and the resulting short service life. It is usually necessary to replace the nozzle after about an hour of operation. This means an interruption in the machining process and time and costs for changing the nozzle.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines oben genannten Verfahrens zur Behandlung der Oberfläche von Werkstücken mit Hilfe eines Plasmastrahls unter Atmosphärendruck und eines Plasmabrenners zur Durchführung eines solchen Verfahrens, wodurch eine optimale Bearbeitung über längere Zeiträume gewährleistet werden kann, ohne dass Verschleißteile, insbesondere die Düse des Plasmabrenners, bereits nach kurzen Bearbeitungszeiten ausgetauscht werden müssen. Nachteile des Standes der Technik sollen verhindert oder zumindest reduziert werden.The object of the present invention is to create an above-mentioned method for treating the surface of workpieces with the aid of a plasma jet under atmospheric pressure and a plasma torch for carrying out such a method, whereby optimal machining can be guaranteed over longer periods of time without wearing parts, in particular the nozzle of the plasma torch must be replaced after a short processing time. Disadvantages of the prior art are to be prevented or at least reduced.

Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe in verfahrensmäßiger Hinsicht dadurch, dass das Prozessgas über zumindest einen spiralförmigen Gaskanal in die Düse geströmt wird, und dadurch der Lichtbogen in der als Düse ausgebildeten Anode um das freie Ende der Kathode rotiert. Durch die erzwungene Rotation des relativ kurzen Lichtbogens innerhalb der als Düse ausgebildeten Anode kann der Lichtbogen nicht lokal an einer Stelle auf der Düse verharren und rotiert ständig um die Öffnung der Düse. Durch das Verhindern eines Verharrens des Lichtbogens an einem Punkt der Anode können übliche lokale Temperaturerhöhungen, welche innerhalb kurzer Zeit zu thermischer Materialschädigung führen würden, verhindert werden. Durch das stetige Rotieren des Lichtbogens um die Öffnung der als Düse ausgebildeten Anode folgt eine gleichmäßige Wärmeverteilung, was zu einer deutlichen Anhebung der Lebensdauer der Düse, aber auch anderer Verschleißteile, wie zum Beispiel einer Spannhülse der Kathode oder einer zwischen Kathode und Anode angeordneten Isolierhülse aus keramischem Material, führt. Anwendungen haben eine Erhöhung der Lebensdauer der Düse von 1 Stunde auf mehr als 24 Stunden ergeben. Die Rotation des Prozessgases wird in einfacher Weise durch spiralförmige Einströmung des Prozessgases über entsprechende Kanäle erzielt. Neben der längeren Lebensdauer der Verschleißteile kann durch die Rotation des Lichtbogens auch ein verringerter Geräuschpegel beim Bearbeitungsverfahren erzielt werden. Durch entsprechende Gestaltung des zumindest einen spiralförmigen Gaskanals kann Einfluss auf die Rotationsgeschwindigkeit des Lichtbogens und somit Einfluss auf den Geräuschpegel bei der Oberflächenbehandlung des Werkstücks genommen werden.In terms of the method, the object according to the invention is achieved in that the process gas flows into the nozzle via at least one spiral gas channel, and thereby the arc rotates around the free end of the cathode in the anode designed as a nozzle. Due to the forced rotation of the relatively short arc within the anode, which is designed as a nozzle, the arc cannot remain locally at one point on the nozzle and rotates constantly around the opening of the nozzle. By preventing the arc from persisting at one point on the anode, customary local temperature increases, which would lead to thermal material damage within a short time, can be prevented. The constant rotation of the arc around the opening of the anode, which is designed as a nozzle, results in a uniform distribution of heat, which leads to a significant increase the service life of the nozzle, but also other wear parts, such as a clamping sleeve of the cathode or an insulating sleeve made of ceramic material arranged between the cathode and anode. Applications have shown an increase in the life of the nozzle from 1 hour to more than 24 hours. The rotation of the process gas is achieved in a simple manner by the spiral inflow of the process gas through corresponding channels. In addition to the longer service life of the wearing parts, the rotation of the arc can also reduce the noise level during the machining process. By appropriately designing the at least one spiral gas channel, it is possible to influence the speed of rotation of the arc and thus influence the noise level during the surface treatment of the workpiece.

Der Lichtbogen wird vorzugsweise durch Gleichstrom mit einer Stromstärke zwischen 10 und 500 A, bevorzugt zwischen 35 und 200 A, erzeugt. Die Spannung zur Erzeugung des Lichtbogens liegt üblicherweise im Bereich zwischen 10 V und 30 V.The arc is preferably generated by direct current with a current strength between 10 and 500 A, preferably between 35 and 200 A. The voltage for generating the arc is usually in the range between 10 V and 30 V.

Wenn der Lichtbogen durch Anlegen eines gepulsten Stromes erzeugt wird, kann eine verbesserte Reinigungswirkung und eine weitere Verringerung der Verschleißerscheinungen erreicht werden.If the arc is generated by applying a pulsed current, an improved cleaning effect and a further reduction in wear and tear can be achieved.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Strom mit einer Pulsfrequenz zwischen 1 Hz und 40 kHz gepulst. Durch geeignete Wahl der Pulsfrequenz des Stromes zur Erzeugung des Lichtbogens können die Geräusche des Plasmabrenners während der Oberflächenbearbeitung weiter reduziert werden, indem die Pulsfrequenz in einen Bereich von etwa kleiner 2 kHz oder etwa größer 15 kHz gelegt wird.According to a further feature of the invention, the current is pulsed with a pulse frequency between 1 Hz and 40 kHz. With a suitable choice of the pulse frequency of the current for generating the arc, the noise of the plasma torch can be further reduced during the surface treatment by placing the pulse frequency in a range of approximately less than 2 kHz or approximately greater than 15 kHz.

Der Lichtbogen kann durch rechteckige oder sinusförmige Strompulse oder Strompulse mit verschliffenen Kanten erzeugt werden. Dabei bewirken sinusförmige Pulsformen oder andere Pulsformen mit verschliffenen Kanten ebenfalls reduzierte Geräusche beim Erzeugen des Lichtbogens.The arc can be generated by rectangular or sinusoidal current pulses or current pulses with smoothed edges. Sinusoidal pulse shapes or other pulse shapes with ground edges also cause reduced noise when the arc is generated.

Als Prozessgas kann beispielsweise Argon verwendet werden. Auch der Einsatz von Druckluft ist möglich, was natürlich hinsichtlich der Verfügbarkeit und Kosten Vorteile bringt.Argon, for example, can be used as the process gas. Also the use of compressed air is possible, which of course has advantages in terms of availability and costs.

Das Prozessgas wird beispielsweise mit einem Durchfluss zwischen 5 l/min und 30 l/min, bevorzugt zwischen 7 l/min und 20 l/min, in die Düse eingeströmt. Durch entsprechende Wahl der Durchflussmenge an Prozessgas pro Zeiteinheit kann auch auf die Rotationsgeschwindigkeit des Lichtbogens und die Geräuschentwicklung bei der Plasmabearbeitung Einfluss genommen werden.The process gas, for example, flows into the nozzle with a flow rate between 5 l / min and 30 l / min, preferably between 7 l / min and 20 l / min. By appropriate selection of the flow rate of process gas per unit of time, it is also possible to influence the speed of rotation of the arc and the development of noise during plasma processing.

Der Lichtbogen kann mit einer Rotationsgeschwindigkeit zwischen 500 U/min und 3000000 U/min, bevorzugt zwischen und 100000 U/min und 300000 U/min, rotieren. Die Rotationsgeschwindigkeit wird durch die Gestaltung des zumindest einen spiralförmigen Gaskanals für das Prozessgas, die Durchflussmenge des Prozessgases, aber auch die Pulsfrequenz des Stromes zur Erzeugung des Lichtbogens beeinflusst.The arc can rotate at a rotational speed between 500 rpm and 3,000,000 rpm, preferably between 100,000 rpm and 300,000 rpm. The speed of rotation is influenced by the design of the at least one spiral gas channel for the process gas, the flow rate of the process gas, but also the pulse frequency of the current for generating the arc.

Um die Lebensdauer der Düse noch weiter erhöhen zu können, wird die Düse gekühlt, vorzugsweise mit einer Kühlflüssigkeit, wie zum Beispiel Kühlwasser mit entsprechenden Zusätzen.In order to be able to increase the service life of the nozzle even further, the nozzle is cooled, preferably with a cooling liquid, such as cooling water with appropriate additives.

Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe auch durch einen oben genannten Plasmabrenner, wobei die Zuleitung für das Prozessgas in zumindest einem spiralförmigen Gaskanal zwischen Kathode und Düse mündet, sodass der Lichtbogen in der als Düse ausgebildeten Anode um das freie Ende der Kathode rotiert. Bezüglich der dadurch verbundenen Vorteile, insbesondere die Erhöhung der Standzeit des Plasmabrenners, wird auf die obige Beschreibung des Verfahrens zur Bearbeitung von Oberflächen von Werkstücken verwiesen. Wie bereits oben erwähnt, kann durch diese relativ einfache und kostengünstige konstruktive Maßnahme der Verschleiß, insbesondere der Düse des Plasmabrenners, aber auch einer Spannhülse für die Kathode und einer Isolierhülse zwischen Kathode und Anode wesentlich reduziert und die Standzeit wesentlich erhöht werden. Der zumindest eine spiralförmige Gaskanal kann auf der Kathode, einer Spannhülse für die Kathode, auf einer Isolierhülse zwischen Kathode und Anode und bzw. oder auf der Innenseite der Anode angeordnet sein.The object of the invention is also achieved by a plasma torch mentioned above, the feed line for the process gas opening into at least one spiral gas channel between the cathode and the nozzle, so that the arc rotates around the free end of the cathode in the anode designed as a nozzle. With regard to the advantages associated therewith, in particular the increase in the service life of the plasma torch, reference is made to the above description of the method for machining surfaces of workpieces. As already mentioned above, this relatively simple and inexpensive structural measure can significantly reduce wear, in particular the nozzle of the plasma torch, but also a clamping sleeve for the cathode and an insulating sleeve between the cathode and anode, and significantly increase the service life. The at least one spiral gas channel can be arranged on the cathode, a clamping sleeve for the cathode, on an insulating sleeve between the cathode and anode and / or on the inside of the anode.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist die Kathode in einer zumindest teilweise aus elektrisch leitfähigem Material, bevorzugt Metall, gebildeten Spannhülse angeordnet und der zumindest eine spiralförmige Gaskanal am Mantel der Spannhülse integriert. Dies stellt eine besonders einfache und kostengünstige Realisierungsmöglichkeit für den zumindest einen spiralförmigen Gaskanal dar. Insbesondere eine Anordnung zumindest eines spiralförmigen Gaskanals an der Außenseite der Spannhülse, welche zumindest teilweise aus Metall, wie zum Beispiel Messing oder Kupfer gebildet ist, ist besonders einfach und kostengünstig herstellbar.According to one feature of the invention, the cathode is arranged in a clamping sleeve formed at least partially from electrically conductive material, preferably metal, and the at least one spiral gas channel is integrated on the jacket of the clamping sleeve. This represents a particularly simple and inexpensive implementation option for the at least one spiral gas channel. In particular, an arrangement of at least one spiral gas channel on the outside of the clamping sleeve, which is at least partially made of metal, such as brass or copper, is particularly simple and inexpensive to manufacture .

Um die Spannhülse mit dem zumindest einen spiralförmigen Gaskanal am Mantel kann eine zylindrische Isolierhülse aus dielektrischem Material, insbesondere aus Keramik, angeordnet sein. Der zumindest eine spiralförmige Gaskanal kann auch oder zusätzlich in dieser Isolierhülse angeordnet sein. Die Anordnung des zumindest einen spiralförmigen Gaskanals auf der keramischen Isolierhülse ist gegenüber einer Anordnung an der Spannhülse der Kathode oder der Kathode selbst aufwändiger, kann aber für bestimmte Anwendungen Vorteile bringen.A cylindrical insulating sleeve made of dielectric material, in particular made of ceramic, can be arranged around the clamping sleeve with the at least one spiral gas channel on the jacket. The at least one spiral gas channel can also or additionally be arranged in this insulating sleeve. The arrangement of the at least one spiral gas channel on the ceramic insulating sleeve is more complex than an arrangement on the clamping sleeve of the cathode or the cathode itself, but can bring advantages for certain applications.

Die Öffnung der Düse kann nach außen unstetig verjüngend ausgebildet sein, vorzugsweise einen kegelförmigen Abschnitt und eine vorzugsweise zylindrische Mündung aufweisen, wobei innerhalb des verjüngend ausgebildeten Übergangs, insbesondere dem Übergang des kegelförmigen Abschnitts zur zylindrischen Mündung, eine ringförmige Kante gebildet ist, entlang welcher Kante der Lichtbogen rotiert. Die ringförmige Kante in der Öffnung der Düse unterstützt die Stabilität des Lichtbogens und dessen Rotation. Als weitere Ausführung kann statt der ringförmigen Kante eine definierte Fläche ausgeführt werden.The opening of the nozzle can be designed to taper discontinuously towards the outside, preferably have a conical section and a preferably cylindrical mouth, wherein within the tapered transition, in particular the transition of the conical section to the cylindrical mouth, an annular edge is formed, along which edge the Arc rotates. The annular edge in the opening of the nozzle supports the stability of the arc and its rotation. As a further design, a defined surface can be implemented instead of the annular edge.

Wenn der zumindest eine spiralförmige Gaskanal im Wesentlichen bis zur ringförmigen Kante der Öffnung der Düse angeordnet ist, können optimale Ergebnisse in Bezug auf die Rotation des Lichtbogens während des Betriebs des Plasmabrenners erzielt werden.If the at least one spiral-shaped gas channel is arranged essentially up to the annular edge of the opening of the nozzle, optimal results can be achieved with regard to the rotation of the arc during operation of the plasma torch.

Das Ende des zumindest einen spiralförmigen Gaskanals ist vorzugsweise zwischen 0 mm und 15 mm von der ringförmigen Kante der Düse beabstandet. Derartige Abmessungen haben sich als besonders geeignet herausgestellt.The end of the at least one spiral gas channel is preferably spaced between 0 mm and 15 mm from the annular edge of the nozzle. Such dimensions have proven to be special suitably exposed.

Um die Düse kann ein vorzugsweise ringförmiger Kühlkanal angeordnet sein. Die Plasmadüse ist höchsten Temperaturen ausgesetzt, weshalb es notwendig ist diese optimal zu kühlen. Als Kühlmedium eignet sich insbesondere Kühlwasser mit allfälligen Zusätzen. Durch eine bessere Kühlung kann die Lebensdauer der Düse, aber auch anderer Komponenten des Plasmabrenners noch weiter erhöht werden.A preferably annular cooling channel can be arranged around the nozzle. The plasma nozzle is exposed to the highest temperatures, which is why it is necessary to cool it optimally. Cooling water with any additives is particularly suitable as the cooling medium. Better cooling can increase the service life of the nozzle, but also of other components of the plasma torch, even further.

Eine verbesserte Kühlwirkung kann dadurch erzielt werden, dass der Kühlkanal Verengungen aufweist, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums, insbesondere der Kühlflüssigkeit an den Verengungen erhöht wird. Durch derartige spezielle Veränderungen des Kühlquerschnitts im Plasmabrenner wird eine Erhöhung der Kühlwasserströmung im Bereich höchster Temperatureinwirkung erreicht, welche zu einem beschleunigten Abtransport der Wärme im Bereich der Düse führt.An improved cooling effect can be achieved in that the cooling channel has constrictions, whereby the flow speed of the cooling medium, in particular the cooling liquid, is increased at the constrictions. Such special changes in the cooling cross-section in the plasma torch increase the cooling water flow in the area of the highest temperature effect, which leads to an accelerated removal of the heat in the area of the nozzle.

Die Verengungen werden beispielsweise durch Begrenzungen des Kühlkanals auf einer Seite durch eine zylindrische Kontur und auf der anderen Seite durch eine mehreckige, insbesondere sechseckige Kontur gebildet. Dies stellt eine besonders einfache Realisierungsmöglichkeit für einen ringförmigen Kühlkanal mit darin angeordneten Verengungen dar.The constrictions are formed, for example, by delimiting the cooling channel on one side by a cylindrical contour and on the other side by a polygonal, in particular hexagonal, contour. This represents a particularly simple implementation option for an annular cooling channel with constrictions arranged therein.

Der zumindest eine Kühlkanal ist bevorzugter Weise im Wesentlichen bis zur ringförmigen Kante der Öffnung der Düse angeordnet. Dadurch wird insbesondere am vorderen Ende des Plasmabrenners die entstandene Wärme optimal abgeführt.The at least one cooling channel is preferably arranged essentially up to the annular edge of the opening of the nozzle. As a result, the heat generated is optimally dissipated, especially at the front end of the plasma torch.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung können ein bis sechs, bevorzugt zwei bis fünf spiralförmige Gaskanäle im Plasmabrenner angeordnet sein.According to a further feature of the invention, one to six, preferably two to five, spiral gas channels can be arranged in the plasma torch.

Die Höhe des Bereichs des zumindest einen spiralförmigen Gaskanals beträgt vorzugsweise zwischen 3 mm und 50 mm, bevorzugt zwischen 10 mm und 30 mm.The height of the area of the at least one spiral gas channel is preferably between 3 mm and 50 mm, preferably between 10 mm and 30 mm.

Der zumindest eine spiralförmige Gaskanal kann eine Steigung zwischen 5° und 80°, bevorzugt zwischen 10° und 60°, aufweisen. Dabei muss die Steigung des zumindest einen Gaskanals nicht zwingend konstant sein, sondern kann über den Verlauf auch Änderungen aufweisen.The at least one spiral gas channel can have a slope between 5 ° and 80 °, preferably between 10 ° and 60 °. The slope of the at least one gas channel does not necessarily have to be constant, but can also show changes over the course.

Der zumindest eine spiralförmige Gaskanal kann einen Querschnitt zwischen 0,5 mm2 und 5 mm2, bevorzugt zwischen 0,5 mm2 und 2 mm2, aufweisen.The at least one spiral gas channel can have a cross section between 0.5 mm 2 and 5 mm 2 , preferably between 0.5 mm 2 and 2 mm 2 .

Die Tiefe des zumindest einen spiralförmigen Gaskanals kann zwischen 0,25 mm und 2 mm, bevorzugt zwischen 0,3 mm und 1 mm, betragen.The depth of the at least one spiral gas channel can be between 0.25 mm and 2 mm, preferably between 0.3 mm and 1 mm.

Schließlich kann der zumindest eine spiralförmige Gaskanal eine Breite zwischen 0,5 mm und 4 mm, bevorzugt zwischen 2 mm und 3 mm, aufweisen.Finally, the at least one spiral gas channel can have a width between 0.5 mm and 4 mm, preferably between 2 mm and 3 mm.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1
den schematischen Aufbau eines Plasmabrenners zur Erzeugung eines Plasmastrahls zur Behandlung der Oberfläche von Werkstücken;
Fig. 2
ein Schnittbild eines erfindungsgemäßen Plasmabrenners;
Fig. 3
eine Ausbildung einer Spannhülse für die Kathode mit einem spiralförmigen Gaskanal;
Fig. 4
das Detail IV des Gaskanals in der Spannhülse aus Fig. 3 in vergrößerter Darstellung;
Fig. 5
eine Isolierhülse mit daran angeordneten spiralförmigen Gaskanal;
Fig. 6
eine Variante einer Isolierhülse eines Plasmabrenners mit daran angeordnetem spiralförmigen Gaskanal;
Fig. 7
eine Kathode mit einem an der Außenseite angeordneten spiralförmigen Gaskanal;
Fig. 8
ein schematisches Schnittbild durch den Plasmabrenner gemäß Fig. 2 entlang der Schnittlinie VIII-VIII; und
Fig. 9
einen zeitlichen Verlauf eines pulsförmigen Gleichstromes zur Erzeugung des Lichtbogens.
The present invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show in it:
Fig. 1
the schematic structure of a plasma torch for generating a plasma jet for treating the surface of workpieces;
Fig. 2
a sectional view of a plasma torch according to the invention;
Fig. 3
a formation of a clamping sleeve for the cathode with a spiral-shaped gas channel;
Fig. 4
detail IV of the gas duct in the adapter sleeve Fig. 3 in an enlarged view;
Fig. 5
an insulating sleeve with a spiral gas channel disposed thereon;
Fig. 6
a variant of an insulating sleeve of a plasma torch with a spiral-shaped gas channel arranged thereon;
Fig. 7
a cathode having a spiral-shaped gas channel arranged on the outside;
Fig. 8
a schematic sectional view through the plasma torch according to Fig. 2 along the section line VIII-VIII; and
Fig. 9
a time profile of a pulsed direct current to generate the arc.

In Fig. 1 ist der schematische Aufbau eines Plasmabrenners 1 zur Erzeugung eines Plasmastrahls P unter Atmosphärendruck zur Behandlung der Oberfläche O von Werkstücken W dargestellt. Der Plasmabrenner 1 weist eine Kathode 2 mit einem freien Ende 2' und eine als Düse 4 mit einer Öffnung 5 ausgebildete Anode 3 auf. Die Kathode 2 und die Anode 3 sind mit einer Stromquelle 7 zum Anlegen eines Stromes I verbunden. Durch das Anlegen eines geeigneten Stromes I, wie eines Gleichstromes IDC, oder eines mit einer bestimmten Pulsfrequenz fP gepulsten Gleichstromes IDC mit einer ausreichenden Stromstärke bzw. Amplitude wird zwischen dem freien Ende 2' der Kathode 2 und der Anode 3 ein Lichtbogen L gezündet, beispielsweise mit einer Hochfrequenz-Zündung. Über eine Zuleitung 8 wird ein plasmafähiges Prozessgas G, beispielsweise Argon oder auch Druckluft, in die Düse 4 eingeströmt, wo durch die Anregung mit dem nichtübertragenen Lichtbogen L ein Plasmastrahl P erzeugt wird, der durch die Öffnung 5 der Düse 4 auf die Oberfläche O des zu behandelnden Werkstücks W gerichtet wird. Durch die auftretenden hohen Temperaturen, insbesondere im Bereich der Öffnung 5 der Düse 4 kommt es zu eines starken Beanspruchung der Düse 4, weshalb deren Lebensdauer sehr begrenzt ist.In Fig. 1 is the schematic structure of a plasma torch 1 for Generation of a plasma jet P under atmospheric pressure for treating the surface O of workpieces W is shown. The plasma torch 1 has a cathode 2 with a free end 2 ′ and an anode 3 designed as a nozzle 4 with an opening 5. The cathode 2 and the anode 3 are connected to a current source 7 for applying a current I. By applying a suitable current I, such as a direct current I DC , or a direct current I DC pulsed with a certain pulse frequency f P with a sufficient current strength or amplitude, an arc L is created between the free end 2 'of the cathode 2 and the anode 3 ignited, for example with a high-frequency ignition. A plasma-capable process gas G, for example argon or compressed air, is flowed into the nozzle 4 via a supply line 8, where the excitation with the non-transmitted arc L generates a plasma jet P, which through the opening 5 of the nozzle 4 onto the surface O des workpiece W to be treated is directed. The high temperatures occurring, in particular in the area of the opening 5 of the nozzle 4, result in high stress on the nozzle 4, which is why its service life is very limited.

Fig. 2 zeigt ein Schnittbild eines erfindungsgemäßen Plasmabrenners 1. Der Plasmabrenner 1 weist eine Kathode 2 mit einem freien Ende 2' auf, welche in einer Spannhülse 9 eingespannt ist. Um die Spannhülse 9 ist eine Isolierhülse 10 aus isolierendem Material, insbesondere Keramik, angeordnet. Erfindungsgemäß mündet die Zuleitung 8 für das Prozessgas G in zumindest einem spiralförmigen Gaskanal 6 zwischen Kathode 2 und Düse 4, sodass der Lichtbogen L in der als Düse 4 ausgebildeten Anode 3 um das freie Ende 2' der Kathode 2 rotiert. Der Lichtbogen L rotiert beispielsweise mit einer Rotationsgeschwindigkeit vr zwischen 500 U/min und 3000000 U/min, bevorzugt zwischen und 100000 U/min und 300000 U/min. Der zumindest eine spiralförmige Gaskanal 6 kann an der Außenfläche der Kathode 2, Innen- oder Außenfläche der Spannhülse 9, an der Innen- oder Außenfläche der Isolierhülse 10 und bzw. oder an der Innenseite der Anode 3 angeordnet sein. Vorzugsweise ist der zumindest eine spiralförmige Gaskanal 6 an der Außenseite der Spannhülse 9 angeordnet, da dies am einfachsten und kostengünstigsten herzustellen ist. Die Spannhülse 9 ist zumindest teilweise aus elektrisch leitfähigem Material, bevorzugt Metall, wie zum Beispiel Messing, gebildet. Es können auch mehrere Gaskanäle 6 an verschiedenen Komponenten des Plasmabrenners 1 oder zueinander versetzt angeordnet sein. Fig. 2 shows a sectional view of a plasma torch 1 according to the invention. The plasma torch 1 has a cathode 2 with a free end 2 ′ that is clamped in a clamping sleeve 9. An insulating sleeve 10 made of insulating material, in particular ceramic, is arranged around the clamping sleeve 9. According to the invention, the feed line 8 for the process gas G opens into at least one spiral gas channel 6 between the cathode 2 and the nozzle 4, so that the arc L rotates around the free end 2 'of the cathode 2 in the anode 3 designed as a nozzle 4. The arc L rotates, for example, at a rotational speed v r between 500 rpm and 3,000,000 rpm, preferably between 100,000 rpm and 300,000 rpm. The at least one spiral gas channel 6 can be arranged on the outer surface of the cathode 2, the inner or outer surface of the clamping sleeve 9, on the inner or outer surface of the insulating sleeve 10 and / or on the inner side of the anode 3. The at least one spiral gas channel 6 is preferably arranged on the outside of the clamping sleeve 9, since this is the easiest and most cost-effective to manufacture. The clamping sleeve 9 is at least partially made of electrically conductive material, preferably Metal such as brass. A plurality of gas ducts 6 can also be arranged on different components of the plasma torch 1 or offset from one another.

Wenn die Öffnung 5 der Düse 4 nach außen unstetig verjüngend ausgebildet ist, vorzugsweise einen kegelförmigen Abschnitt 11 und eine vorzugsweise zylindrische Mündung 12 aufweist, und innerhalb des verjüngend ausgebildeten Übergangs, insbesondere dem Übergang des kegelförmigen Abschnitts 11 zur zylindrischen Mündung 12, eine ringförmige Kante 13 gebildet ist, wird der Lichtbogen L zwischen dem freien Ende 2' der Kathode 2 und dieser ringförmigen Kante 13 brennen und entlang dieser ringförmigen Kante 13 rotieren. Der zumindest eine spiralförmige Gaskanal 6 reicht vorzugsweise bis zur ringförmigen Kante 13 der Öffnung 5 der Düse 4.If the opening 5 of the nozzle 4 is designed to taper discontinuously to the outside, preferably has a conical section 11 and a preferably cylindrical mouth 12, and within the tapered transition, in particular the transition of the conical section 11 to the cylindrical mouth 12, an annular edge 13 is formed, the arc L will burn between the free end 2 'of the cathode 2 and this annular edge 13 and rotate along this annular edge 13. The at least one spiral gas channel 6 preferably extends as far as the annular edge 13 of the opening 5 of the nozzle 4.

Um die Düse 4 des Plasmabrenners 1 kann ein ringförmiger Kühlkanal 14 angeordnet sein, durch welchen ein geeignetes Kühlmedium, insbesondere Kühlwasser mit entsprechenden Zusätzen, geströmt werden. Der zumindest eine Kühlkanal 14 reicht vorzugsweise im Wesentlichen bis zur ringförmigen Kante 13 der Öffnung 5 der Düse 4, um die gerade dort auftretende Wärme optimal abführen zu können (siehe schematisches Schnittbild gemäß Fig. 8 durch den Plasmabrenner 1 entlang der Schnittlinie VIII - VIII).An annular cooling channel 14, through which a suitable cooling medium, in particular cooling water with appropriate additives, can flow, can be arranged around the nozzle 4 of the plasma torch 1. The at least one cooling channel 14 preferably extends essentially as far as the annular edge 13 of the opening 5 of the nozzle 4 in order to be able to optimally dissipate the heat occurring there (see the schematic sectional view according to FIG Fig. 8 through the plasma torch 1 along the section line VIII - VIII).

Aus Fig. 3 geht eine mögliche Ausbildung einer Spannhülse 9 für die Kathode 2 mit einem spiralförmigen Gaskanal 6 hervor. Es können auch mehrere, beispielsweise zwei bis fünf spiralförmige Gaskanäle 6 versetzt angeordnet sein. Die Höhe hK des Bereichs des zumindest einen spiralförmigen Gaskanals 6 kann zwischen 3 mm und 50 mm, bevorzugt zwischen 10 mm und 30 mm, betragen. Die Steigung αK kann zwischen 5° und 80°, bevorzugt zwischen 10° und 60°, betragen. Diese Steigung αK muss nicht zwingend über die Höhe hK konstant sein, sondern kann auch bestimmte Änderungen entlang der Höhe hK besitzen, welche sich auf die Strömung des Prozessgases G und somit auf die Rotation des Lichtbogens L auswirken können. Weiters ist in Fig. 3 die Isolierhülse 10 dargestellt, die entlang der Pfeile über die Spannhülse 9 geschoben wird und die Isolierung zur Düse 4 bewirkt.Out Fig. 3 shows a possible design of a clamping sleeve 9 for the cathode 2 with a spiral gas channel 6. A plurality of, for example two to five, spiral-shaped gas channels 6 can also be arranged offset. The height h K of the region of the at least one spiral gas channel 6 can be between 3 mm and 50 mm, preferably between 10 mm and 30 mm. The slope α K can be between 5 ° and 80 °, preferably between 10 ° and 60 °. This slope α K does not necessarily have to be constant over the height h K , but can also have certain changes along the height h K , which can affect the flow of the process gas G and thus the rotation of the arc L. Furthermore, in Fig. 3 the insulating sleeve 10 is shown, which is pushed along the arrows over the clamping sleeve 9 and causes the insulation to the nozzle 4.

Fig. 4 zeigt das Detail IV des spiralförmigen Gaskanals 6 in der Spannhülse 9 aus Fig. 3 in vergrößerter Darstellung. Dementsprechend weist der Gaskanal 6 eine Tiefe tK auf, der zwischen 0,25 mm und 2 mm, bevorzugt zwischen 0,3 mm und 1 mm betragen kann. Die Breite bK des spiralförmigen Gaskanals 6 kann zwischen 0,5 mm und 4 mm, bevorzugt zwischen 2 mm und 3 mm, betragen. Der Querschnitt AK des zumindest einen Gaskanals 6 liegt im Bereich von 0,5 mm2 und 5 mm2, bevorzugt zwischen 0,5 mm2 und 2 mm2. Fig. 4 shows the detail IV of the spiral gas channel 6 in the clamping sleeve 9 from Fig. 3 in an enlarged view. Accordingly, the gas channel 6 has a depth t K which can be between 0.25 mm and 2 mm, preferably between 0.3 mm and 1 mm. The width b K of the spiral gas channel 6 can be between 0.5 mm and 4 mm, preferably between 2 mm and 3 mm. The cross section A K of the at least one gas channel 6 is in the range of 0.5 mm 2 and 5 mm 2 , preferably between 0.5 mm 2 and 2 mm 2 .

In Fig. 5 ist eine Isolierhülse 10 mit daran angeordneten spiralförmigen Gaskanal 6 dargestellt. Die zwischen Kathode 2 oder Spannhülse 9 und Anode 3 angeordnete Isolierhülse 10 ist aus isolierendem Material, insbesondere Keramik, hergestellt. An der Außenseite der Isolierhülse 10 ist zumindest ein spiralförmiger Gaskanal 6 angeordnet. Theoretisch könnte der Gaskanal 6 auch an der Innenseite der Isolierhülse 10 angeordnet sein, was jedoch herstellungstechnisch aufwändiger ist.In Fig. 5 an insulating sleeve 10 is shown with a spiral gas channel 6 arranged thereon. The insulating sleeve 10 arranged between the cathode 2 or clamping sleeve 9 and the anode 3 is made of insulating material, in particular ceramic. At least one spiral gas duct 6 is arranged on the outside of the insulating sleeve 10. Theoretically, the gas channel 6 could also be arranged on the inside of the insulating sleeve 10, but this is more complex in terms of production technology.

In Fig. 6 wird eine Variante einer Isolierhülse 10 eines Plasmabrenners 1 mit daran angeordnetem spiralförmigen Gaskanal 6 dargestellt. Die Isolierhülse 10 setzt sich aus zwei Teilen zusammen und ist am oberen Ende und innen aus einem elektrisch isolierenden Material und im unteren Abschnitt außen zumindest teilweise aus elektrisch leitfähigem Material, beispielsweise Kupfer oder Messing, hergestellt. An der Außenseite dieses Teils der Isolierhülse 10 aus elektrisch leitfähigem Material ist der zumindest eine spiralförmige Gaskanal 6 angeordnet.In Fig. 6 a variant of an insulating sleeve 10 of a plasma torch 1 with a spiral gas channel 6 arranged thereon is shown. The insulating sleeve 10 is composed of two parts and is made of an electrically insulating material at the upper end and inside and at least partially made of electrically conductive material, for example copper or brass, in the lower section outside. The at least one spiral gas duct 6 is arranged on the outside of this part of the insulating sleeve 10 made of electrically conductive material.

In Fig. 7 ist eine Kathode 2 mit einem zugespitzten freien Ende 2' dargestellt, an dessen Außenseite der spiralförmige Gaskanal 6 ausgebildet ist. Die Kathode 2 besteht aus elektrisch leitfähigem Material, beispielsweise Wolfram, Kupfer oder Messing. Weiters ist in Fig. 7 die Spannhülse 9 dargestellt, die entlang der Pfeile über die Kathode 2 geschoben wird.In Fig. 7 a cathode 2 with a pointed free end 2 'is shown, on the outside of which the spiral-shaped gas channel 6 is formed. The cathode 2 consists of an electrically conductive material, for example tungsten, copper or brass. Furthermore, in Fig. 7 the clamping sleeve 9 is shown, which is pushed along the arrows over the cathode 2.

Fig. 8 zeigt ein schematisches Schnittbild durch den Plasmabrenner 1 gemäß Fig. 2 entlang der Schnittlinie VIII-VIII. Zur Erzielung einer Kühlung des Plasmabrenners 1 ist um die Düse 4 ein ringförmiger Kühlkanal 14 angeordnet, durch welchen ein geeignetes Kühlmedium, insbesondere Kühlwasser mit entsprechenden Zusätzen, geleitet wird. Zur Verbesserung der Kühlwirkung weist der ringförmige Kühlkanal 14 vorzugsweise Verengungen 15 auf. Diese Verengungen 15 können einfach durch eine Begrenzung des Kühlkanals 14 auf einer Seite durch ein zylindrische Kontur 16 und auf der anderen Seite durch eine mehreckige, insbesondere sechseckige Kontur 17 gebildet werden. Durch derartige spezielle Verengungen 15 des Kühlkanals 14 im Plasmabrenner 1 wird eine Erhöhung der Kühlwasserströmung im Bereich höchster Temperatureinwirkung erreicht, welche zu einem beschleunigten Abtransport der Wärme im Bereich der Düse 4 des Plasmabrenners 1 führt. Fig. 8 shows a schematic sectional view through the plasma torch 1 according to FIG Fig. 2 along the section line VIII-VIII. To achieve cooling of the plasma torch 1, an annular cooling channel 14 is arranged around the nozzle 4 through which a suitable cooling medium, in particular cooling water with appropriate additives, is directed. To improve the cooling effect, the annular cooling channel 14 preferably has constrictions 15. These constrictions 15 can be formed simply by delimiting the cooling channel 14 on one side by a cylindrical contour 16 and on the other side by a polygonal, in particular hexagonal, contour 17. Such special constrictions 15 of the cooling channel 14 in the plasma torch 1 increase the cooling water flow in the area of the highest temperature effect, which leads to an accelerated removal of the heat in the area of the nozzle 4 of the plasma torch 1.

Schließlich zeigt Fig. 9 einen möglichen zeitlichen Verlauf eines pulsförmigen Stromes I zur Erzeugung des Lichtbogens L. Idealerweise wird der Lichtbogen durch einen gepulsten Gleichstrom IDC erzeugt, wobei die Pulsfrequenz fP entsprechend gewählt wird. Am besten eignen sich rechteckige Pulsformen mit abgeschliffenen bzw. abgerundeten Ecken, da dadurch die Geräusche bei der Erzeugung des Plasmastrahls P minimiert werden können.Finally shows Fig. 9 a possible time course of a pulse-shaped current I for generating the arc L. Ideally, the arc is generated by a pulsed direct current I DC , the pulse frequency f P being selected accordingly. Rectangular pulse shapes with ground or rounded corners are best suited, since this allows the noises when generating the plasma jet P to be minimized.

Die vorliegende Erfindung erhöht die Lebensdauer der Verschleißteile des Plasmabrenners 1, insbesondere der Düse 4 durch das Erzwingen einer Rotation des Lichtbogens L zwischen dem freien Ende 2' der Kathode und der Öffnung 5 der Anode 3 wesentlich. Dadurch können Oberflächen O von Werkstücken W länger ohne Unterbrechung bearbeitet werden. Die konstruktiven Maßnahmen zum Vorsehen des zumindest einen spiralförmigen Gaskanals 6 sind relativ einfach und kostengünstig umsetzbar.The present invention increases the service life of the wearing parts of the plasma torch 1, in particular the nozzle 4, by forcing a rotation of the arc L between the free end 2 ′ of the cathode and the opening 5 of the anode 3. As a result, surfaces O of workpieces W can be machined for longer without interruption. The structural measures for providing the at least one spiral gas channel 6 can be implemented relatively simply and inexpensively.

Claims (15)

Verfahren zur Behandlung der Oberfläche (O) von Werkstücken (W) mit Hilfe eines Plasmastrahls (P) unter Atmosphärendruck, wobei zwischen einem freien Ende (2') einer Kathode (2) eines Plasmabrenners (1) und einer als Düse (4) mit einer Öffnung (5) ausgebildeten Anode (3) durch Anlegen eines Stromes (I) ein Lichtbogen (L) zwischen dem freien Ende (2') der Kathode (2) und der Anode (3) erzeugt wird, und in die Düse (4) ein Prozessgas (G) eingeströmt wird, und durch Anregung des Prozessgases (G) durch den Lichtbogen (L) der Plasmastrahl (P) gebildet wird, welcher über die zu bearbeitende Oberfläche (O) des Werkstücks (W) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas (G) über zumindest einen spiralförmigen Gaskanal (6) in die Düse (4) geströmt wird, und dadurch der Lichtbogen (L) in der als Düse (4) ausgebildeten Anode (3) um das freie Ende (2') der Kathode (2) rotiert.Method for treating the surface (O) of workpieces (W) with the aid of a plasma jet (P) under atmospheric pressure, with a cathode (2) of a plasma torch (1) and a nozzle (4) between a free end (2 ') an opening (5) formed anode (3) by applying a current (I) an arc (L) is generated between the free end (2 ') of the cathode (2) and the anode (3), and into the nozzle (4 ) a process gas (G) flows in, and the excitation of the process gas (G) through the arc (L) forms the plasma jet (P) which is guided over the surface (O) of the workpiece (W) to be processed, characterized that the process gas (G) flows through at least one spiral gas channel (6) into the nozzle (4), and thereby the arc (L) in the anode (3) designed as a nozzle (4) around the free end (2 ') ) the cathode (2) rotates. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen (L) durch Gleichstrom (IDC) mit einer Stromstärke zwischen 10 und 500 A, bevorzugt zwischen 35 und 200 A, erzeugt wird.Method according to Claim 1, characterized in that the arc (L) is generated by direct current (I DC ) with a current strength between 10 and 500 A, preferably between 35 and 200 A. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen (L) durch Anlegen eines gepulsten Stromes (I), vorzugsweise mit einer Pulsfrequenz (fP) zwischen 1 Hz und 40 kHz, erzeugt wird.Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the arc (L) is generated by applying a pulsed current (I), preferably with a pulse frequency (f P ) between 1 Hz and 40 kHz. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen (L) durch rechteckige oder sinusförmige Strompulse (I) oder Strompulse (I) mit verschliffenen Kanten erzeugt wird.Method according to Claim 3, characterized in that the arc (L) is generated by rectangular or sinusoidal current pulses (I) or current pulses (I) with smoothed edges. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessgas (G) Argon in die Düse (4) eingeströmt wird.Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that argon is flowed into the nozzle (4) as the process gas (G). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas (G) mit einem Durchfluss zwischen 5 1/min und 30 1/min, bevorzugt zwischen 7 1/min und 20 l/min, in die Düse (4) eingeströmt wird.Method according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the process gas (G) flows into the nozzle (4) with a flow rate between 5 1 / min and 30 1 / min, preferably between 7 1 / min and 20 l / min. is flowed in. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen (L) mit einer Rotationsgeschwindigkeit (vr) zwischen 500 U/min und 3000000 U/min, bevorzugt zwischen und 100000 U/min und 300000 U/min, rotiert.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the arc (L) rotates at a rotation speed (v r ) between 500 rpm and 3,000,000 rpm, preferably between 100,000 rpm and 300,000 rpm . Plasmabrenner (1) zur Erzeugung eines Plasmastrahls (P) unter Atmosphärendruck zur Bearbeitung der Oberfläche (O) von Werkstücken (W), mit einer Kathode (2) mit einem freien Ende (2') und einer als Düse (4) mit einer Öffnung (5) ausgebildeten Anode (3), welche mit einer Stromquelle (7) zum Anlegen eines Stromes (I) zur Bildung eines Lichtbogens (L) zwischen dem freien Ende (2') der Kathode (2) und der Anode (3) verbunden sind, und mit einer Zuleitung (8) zur Einströmung eines Prozessgases (G) in die Düse (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (8) für das Prozessgas (G) in zumindest einem spiralförmigen Gaskanal (6) zwischen Kathode (2) und Düse (4) mündet, sodass der Lichtbogen (L) in der als Düse (4) ausgebildeten Anode (3) um das freie Ende (2') der Kathode (2) rotiert.Plasma torch (1) for generating a plasma jet (P) under atmospheric pressure for processing the surface (O) of workpieces (W), with a cathode (2) with a free end (2 ') and a nozzle (4) with an opening (5) formed anode (3), which is connected to a current source (7) for applying a current (I) to form an arc (L) between the free end (2 ') of the cathode (2) and the anode (3) are, and with a feed line (8) for the inflow of a process gas (G) into the nozzle (4), characterized in that the feed line (8) for the process gas (G) in at least one spiral gas channel (6) between the cathode (2 ) and nozzle (4) opens, so that the arc (L) rotates around the free end (2 ') of the cathode (2) in the anode (3) designed as a nozzle (4). Plasmabrenner (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (2) in einer zumindest teilweise aus elektrisch leitfähigem Material, bevorzugt Metall, gebildeten Spannhülse (9) angeordnet ist und der zumindest eine spiralförmige Gaskanal (6) am Mantel der Spannhülse (9) integriert ist.Plasma torch (1) according to Claim 8, characterized in that the cathode (2) is arranged in a clamping sleeve (9) formed at least partially from electrically conductive material, preferably metal, and the at least one spiral gas channel (6) is arranged on the jacket of the clamping sleeve ( 9) is integrated. Plasmabrenner (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass um die Spannhülse (9) mit dem zumindest einen spiralförmigen Gaskanal (6) am Mantel eine zylindrische Isolierhülse (10) aus dielektrischem Material, insbesondere aus Keramik, angeordnet ist.Plasma torch (1) according to Claim 8 or 9, characterized in that a cylindrical insulating sleeve (10) made of dielectric material, in particular ceramic, is arranged around the clamping sleeve (9) with the at least one spiral gas channel (6) on the jacket. Plasmabrenner (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (5) der Düse (4) nach außen unstetig verjüngend ausgebildet ist, vorzugsweise einen kegelförmigen Abschnitt (11) und eine vorzugsweise zylindrische Mündung (12) aufweist, wobei innerhalb des verjüngend ausgebildeten Übergangs, insbesondere dem Übergang des kegelförmigen Abschnitts (11) zur zylindrischen Mündung (12), eine ringförmige Kante (13) gebildet ist, entlang welcher Kante (13) der Lichtbogen (L) rotiert.Plasma torch (1) according to one of Claims 8 to 10, characterized in that the opening (5) of the nozzle (4) is designed to taper discontinuously towards the outside, preferably having a conical section (11) and a preferably cylindrical mouth (12), wherein within the tapered transition, in particular the transition of the conical section (11) to the cylindrical mouth (12), an annular edge (13) is formed, along which edge (13) the arc (L) rotates. Plasmabrenner (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine spiralförmige Gaskanal (6) im Wesentlichen bis zur ringförmigen Kante (13) der Öffnung (5) der Düse (4) angeordnet ist.Plasma torch (1) according to Claim 11, characterized in that the at least one spiral-shaped gas channel (6) is arranged essentially up to the annular edge (13) of the opening (5) of the nozzle (4). Plasmabrenner (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass um die Düse (4) ein ringförmiger Kühlkanal (14) angeordnet ist, wobei der ringförmige Kühlkanal (14) vorzugsweise Verengungen (15) aufweist.Plasma torch (1) according to one of Claims 8 to 12, characterized in that an annular cooling channel (14) is arranged around the nozzle (4), the annular cooling channel (14) preferably having constrictions (15). Plasmabrenner (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verengungen (15) durch Begrenzung des Kühlkanals (14) auf einer Seite durch ein zylindrische Kontur (16) und auf der anderen Seite durch eine mehreckige, insbesondere sechseckige Kontur (17) gebildet werden.Plasma torch (1) according to claim 13, characterized in that the constrictions (15) are formed by delimiting the cooling channel (14) on one side by a cylindrical contour (16) and on the other side by a polygonal, in particular hexagonal, contour (17) will. Plasmabrenner (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kühlkanal (14) im Wesentlichen bis zur ringförmigen Kante (13) der Öffnung (5) der Düse (4) angeordnet ist.Plasma torch (1) according to Claim 13 or 14, characterized in that the at least one cooling channel (14) is arranged essentially up to the annular edge (13) of the opening (5) of the nozzle (4).
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