WO2020249595A1 - Method for treating the surface of workpieces by means of a plasma jet and plasma burner for carrying out such a method - Google Patents

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

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WO2020249595A1
WO2020249595A1 PCT/EP2020/066042 EP2020066042W WO2020249595A1 WO 2020249595 A1 WO2020249595 A1 WO 2020249595A1 EP 2020066042 W EP2020066042 W EP 2020066042W WO 2020249595 A1 WO2020249595 A1 WO 2020249595A1
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WO
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nozzle
arc
cathode
plasma torch
anode
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/066042
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German (de)
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Inventor
Alen MEHIC
Andreas Leonhartsberger
Original Assignee
Fronius International Gmbh
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    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05H1/3405—Arrangements for stabilising or constricting the arc, e.g. by an additional gas flow
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    • H05H1/3468—Vortex generators

Definitions

  • the invention relates to a method for treating the Oberflä surface of workpieces with the help of a plasma jet under atmospheric pressure, between a free end of a cathode of a plasma torch and an anode formed as a nozzle with an opening by applying a current, an arc between tween the free end 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 beam is formed, which is guided over the surface of the workpiece to be processed, the process gas over at least one helical gas channel is flowed into the nozzle, and because the arc rotates around the free end of the cathode in the anode designed as a nozzle.
  • the invention also 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 inflow of a process gas into the nozzle, the feed line for the process gas opening into at least one spiral gas channel between cathode and nozzle, so that the arc in the anode designed as a nozzle rotates around the free end of the cathode.
  • 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 lack of possibility of performing the plasma treatment in-line are disadvantageous. The treatment of larger workpieces is also quickly uneconomical for necessary large vacuum chambers.
  • a special process gas for example, prepared 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.
  • This leads to interactions between the plasma and the ambient air ("quenching", mixing in of the air molecules by turbulent flows) and interactions with the surface to be treated.
  • quenching mixing in of the air molecules by turbulent flows
  • the arc of the plasma torch burns between the cathode and the anode designed as a nozzle, in this case what is known as "non-transmitted arc operation".
  • Such plasma torches which are operated with a non-transmitted arc (pilot arc) can be used for surface treatments in a suitable manner
  • Process gas flowing past is converted into a plasma-like state by means of an electric 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 latter is in the foreground. Due to the high potential temperatures, Processes such as preheating, reheating, softening and melting of coatings can be implemented.
  • the plasma-capable medium or the process gas is led to the plasma torch via an appropriate 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 work on the surface of workpieces due to the high energy density.
  • EP 986 939 B1 describes a device for the plasma treatment of surfaces, with the fact that a rotary head is provided with a small amount of equipment a fast and efficient processing of larger upper surfaces of workpieces is made possible.
  • FR 1 350 055 A describes a plasma torch of the present type, a rotation of the arc and thus stabilization of the arc being achieved by a spiral feed of the process gas.
  • US Pat. No. 4,782,210 A discloses an electrode of a plasma torch with a ridge-shaped design, as a result of which the stability of the arc can be increased.
  • a spiral gas channel for guiding the process gas is not disclosed.
  • a major disadvantage of conventional methods for treating the surface of workpieces using 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 the clamping sleeve for the cathode, the plasma torch and the resulting short service life.
  • 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 the clamping sleeve for the cathode, the plasma torch and the resulting short service life.
  • 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 a long period of time without wearing parts , in particular the nozzle of the plasma torch, have to be replaced after a short processing time. Disadvantages of the prior art are to be prevented or at least reduced.
  • the inventive object is achieved in terms of method, characterized in that the arc by application of a ge pulsed current with current pulses is generated with VERSCHI l ffenen edges. Due to the forced rotation of the relatively short Lichtbo gene within the anode designed as a nozzle, the arc can not stay 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 an even distribution of heat, which significantly increases the service life of the nozzle and other wearing parts, such as a clamping sleeve for the cathode or one between the cathode and anode Insulating sleeve made of ceramic material, leads.
  • 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 appropriate 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.
  • the at least one spiral gas channel 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.
  • By generating the arc by applying a pulsed current an improved cleaning effect in the surface treatment and another Reduction of the signs of wear of components of the plasma torch can be achieved.
  • By VERSCHI l ffenen edges of the current pulses furthermore, the noise can be reduced in producing the arc.
  • 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 arc is preferably generated by applying a pulsed current with a pulse frequency between 1 Hz and 40 kHz.
  • a pulsed current with a pulse frequency between 1 Hz and 40 kHz.
  • 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.
  • Argon for example, can be used as the process gas.
  • compressed air is also possible, which of course has advantages in terms of availability and costs.
  • the process gas flows into the nozzle, for example, 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.
  • a cooling liquid such as cooling water with appropriate additives.
  • the object of the invention is also achieved by an above-mentioned plasma torch, the cathode being arranged in a clamping sleeve formed at least partially from electrically conductive material, preferably metal, and the at least one helical gas channel being integrated on the jacket of the clamping sleeve.
  • 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 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 arrangement of the cathode in a clamping sleeve and the integration of the at least one spiral gas channel on the jacket of the clamping sleeve results in a particularly simple and inexpensive implementation option for the at least one spiral gas channel.
  • an arrangement of at least one spiral-shaped gas channel on the outside of the clamping sleeve, which is preferably at least partially made of metal, such as brass or copper, is particularly easy and inexpensive to manufacture.
  • a cylindrical insulating sleeve made of dielectric material, in particular ceramic can be arranged.
  • 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 opposite to an arrangement on the clamping sleeve
  • Cathode or the cathode itself is more complex, but can be advantageous for certain applications.
  • the opening of the nozzle can taper discontinuously towards the outside. preferably have a conical section and a preferably cylindrical mouth, with an annular edge being formed within the tapered transition, in particular the transition from the conical section to the cylindrical mouth, 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 been found to be particularly suitable.
  • 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 and other components of the plasma torch even further.
  • An improved cooling effect can be achieved in that the cooling channel has constrictions, as a result of which the flow rate 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 created, 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, angular contour formed. 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 shows the schematic structure of a plasma torch for generating a plasma jet for treating the surface of workpieces
  • Fig. 2 shows a sectional view of a plasma torch according to the invention
  • Fig. 3 shows an embodiment of a clamping sleeve for the cathode with a spiral-shaped gas channel
  • FIG. 4 shows the detail IV of the gas duct in the clamping sleeve from FIG. 3 in an enlarged illustration
  • Fig. 5 an insulating sleeve with spiral-shaped ones arranged thereon
  • Fig. 6 shows a variant of an insulating sleeve of a plasma torch with a spiral-shaped gas channel arranged thereon;
  • Fig. 7 shows a cathode with a spiral-shaped gas channel arranged on the outside
  • Fig. 8 is a schematic sectional view through the plasma torch according to FIG. 2 along the section line VIII-VIII;
  • Fig. 9 shows a time profile of a pulse-shaped direct current for generating the arc.
  • Fig. 1 the schematic structure of a plasma torch 1 for generating a plasma jet P under atmospheric pressure for the treatment of the surface 0 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 passes through the opening 5 of the nozzle 4 onto the surface 0 of the workpiece W to be treated is straightened. Due to the high temperatures occurring, especially in the area of the opening 5 of the nozzle 4, the nozzle 4 is subject to severe stress, which is why its service life is very limited.
  • Fig. 2 shows a sectional view of a plasma torch according to the invention ners 1.
  • the plasma torch 1 has a cathode 2 with a free end 2 'which is clamped in a clamping sleeve 9.
  • an insulating sleeve 10 made of insulating mate rial, in particular ceramic, is arranged.
  • the feed line 8 for the process gas G opens into at least one spiral-shaped 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, before given metal, such as brass. It is also possible for a plurality of gas ducts 6 to be arranged on different components of the Plasmabren 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 light 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 can be arranged around the nozzle 4 of the plasma torch 1, through which a suitable cooling medium, in particular cooling water with appropriate additives, can flow.
  • the at least one cooling channel 14 preferably extends essentially to the annular edge 13 of the opening 5 of the nozzle 4 in order to optimally dissipate the heat occurring there (see the schematic sectional view according to FIG. 8 through the plasma torch 1 along the section line VIII - VIII).
  • FIG. 3 A possible design of a clamping sleeve 9 for the cathode 2 with a spiral-shaped gas channel 6 is shown in FIG. 3.
  • 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 a K can be between 5 ° and 80 °, preferably between 10 ° and 60 °. This slope a 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 Darge, which is pushed along the arrows over the clamping sleeve 9 and the insulation to the nozzle 4 causes.
  • FIG. 4 shows the detail IV of the spiral-shaped gas channel 6 in the clamping sleeve 9 from FIG. 3 in an enlarged illustration.
  • 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 .
  • an insulating sleeve 10 is shown with a spiral-shaped 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 burner 1 with arranged thereon spiral gas channel 6 is provided.
  • the insulating sleeve 10 is composed of two parts and is electrically connected at the upper end and inside insulating material and in the lower section outside at least partially made of electrically conductive material, for example copper or brass.
  • 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 is shown with a pointed free end 2 ', on the outside of which the spiral gas channel 6 is formed.
  • the cathode 2 consists of electrically conductive material, such as tungsten, copper or brass.
  • the clamping sleeve 9 is shown in FIG. 7, which is pushed over the cathode 2 along the arrows.
  • Fig. 8 shows a schematic sectional view through the plasma torch 1 according to 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 passed.
  • 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 burner 1 increase the cooling water flow in the area of the highest temperature effect, which leads to an accelerated removal of heat in the area of the nozzle 4 of the plasma burner 1.
  • FIG. 9 shows 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 during the generation of the plasma jet P to be minimized.
  • the present invention increases the 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 is essential. As a result, surfaces 0 of workpieces W can be machined longer without interruption.
  • the structural measures for providing the at least one spiral gas channel 6 are relatively simple and inexpensive to implement.

Abstract

The invention relates to a method for treating the surface (0) of workpieces (W) by means of a plasma jet (P) under atmospheric pressure and a plasma burner (1) for carrying out such a method, the plasma burner having a cathode (2) having a free end (2') and an anode (3) designed as a nozzle (4) having an opening (5), which cathode and anode are connected to a current source (7) for applying a current (I) in order to form an arc (L) between the free end (2') of the cathode (2) and the anode (3), and having a supply line (8) for inflow of a process gas (G) into the nozzle (4). In order to improve the method and in order to extend the service life of the nozzle (4), the supply line (8) for the process gas (G) opens into at least one spiral-shaped gas channel (6) between the cathode (2) and nozzle (4), such that the arc (L) in the anode (3) designed as a nozzle (4) rotates about the free end (2') of the cathode (2).

Description

Verfahren zur Behandlung der Oberfläche von Werkstücken mit Hil- fe eines Plasmastrahls und Plasmabrenner zur Durchführung eines Method for treating the surface of workpieces with the aid of a plasma jet and plasma torch for carrying out a
solchen Verfahrens such procedure
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung der Oberflä che von Werkstücken mit Hilfe eines Plasmastrahls unter Atmo sphärendruck, wobei zwischen einem freien Ende einer Kathode eines Plasmabrenners und einer als Düse mit einer Öffnung ausge bildeten Anode durch Anlegen eines Stromes ein Lichtbogen zwi schen dem freien Ende der Kathode und der Anode erzeugt wird, und in die Düse ein Prozessgas eingeströmt wird, und durch Anre gung des Prozessgases durch den Lichtbogen der Plasmastrahl ge bildet wird, welcher über die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks geführt wird, wobei das Prozessgas über zumindest ei nen spiralförmigen Gaskanal in die Düse geströmt wird, und da durch der Lichtbogen in der als Düse ausgebildeten Anode um das freie Ende der Kathode rotiert. The invention relates to a method for treating the Oberflä surface of workpieces with the help of a plasma jet under atmospheric pressure, between a free end of a cathode of a plasma torch and an anode formed as a nozzle with an opening by applying a current, an arc between tween the free end 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 beam is formed, which is guided over the surface of the workpiece to be processed, the process gas over at least one helical gas channel is flowed into the nozzle, and because the arc rotates around the free end of the cathode in the anode designed as a nozzle.
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 Bil dung eines Lichtbogens zwischen dem freien Ende der Kathode und der Anode verbunden sind, und mit einer Zuleitung zur Einströ mung eines Prozessgases in die Düse, 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. The invention also 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 inflow of a process gas into the nozzle, the feed line for the process gas opening into at least one spiral gas channel between cathode and nozzle, so that the arc in the anode designed as a nozzle rotates around the free end of the cathode.
Die Behandlung von Oberflächen von Werkstücken mit Plasmen in Niederdruckkammern ist ein bereits gut etabliertes und bekanntes Verfahren, welches schon seit vielen Jahren industriell einge setzt 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. Nach teilig sind neben hohen Investitionskosten die erforderliche Prozesszeit zum Abpumpen der Plasmakammern und die fehlende Mög lichkeit die Plasmabehandlung In-Line durchführen zu können. Auch die Behandlung von größeren Werkstücken wird durch die da- für 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 lack of possibility of performing the plasma treatment in-line are disadvantageous. The treatment of larger workpieces is also quickly uneconomical for necessary large vacuum chambers.
Zur Erzeugung eines Plasmastrahls unter Atmosphärendruck wird üblicherweise ein spezielles Prozessgas verwendet (beispielswei se 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 Luft moleküle durch turbulente Strömungen) und zu Wechselwirkungen mit der zu behandelnden Oberfläche. Die In-Line Fähigkeit und die daraus resultierende, einfache Integrierbarkeit des Prozes ses in bestehende Produktionsketten sind die bedeutendsten Vor teile 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, prepared 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 between the plasma and the ambient air ("quenching", mixing in of the air molecules by turbulent flows) and 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.Restrictions arise in the treatment of bulk material and small parts, if these cannot be placed sufficiently in front of the plasma torch.
Der Lichtbogen des Plasmabrenners brennt zwischen Kathode und als Düse ausgebildeter Anode, man spricht in diesem Fall vom so genannten „nicht übertragenen Lichtbogen-Betrieb" . Derartige Plasmabrenner, welche mit einem nicht übertragenden Lichtbogen ( Pilotlichtbogen) betrieben werden, können für Oberflächenbe handlungen in geeigneter Weise eingesetzt werden. Dabei wird mittels Lichtbogen vorbeiströmendes Prozessgas in den plasmaför migen Zustand überführt. Im Bereich der Düse des Plasmabrenners kommt es zur Ausbildung einer Plasmaflamme. Diese Flamme kann gezielt zur Oberflächenbehandlung verwendet werden. Mögliche An wendungen sind zum Beispiel die Entfernung organischer Verunrei nigungen 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 Temperatu ren 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 designed as a nozzle, in this case what is known as "non-transmitted arc operation". Such plasma torches, which are operated with a non-transmitted arc (pilot arc), can be used for surface treatments in a suitable manner Process gas flowing past is converted into a plasma-like state by means of an electric 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 latter is in the foreground. Due to the high potential temperatures, Processes such as preheating, reheating, softening and melting of coatings can be implemented.
Beim gegenständlichen Verfahren wird über eine Stromquelle ein Lichtbogen zwischen einer negativ gepolten Kathode und einer po sitiv gepolten Anode, welche als Düse ausgebildet ist, gezündet. Das plasmafähige Medium bzw. das Prozessgas wird über eine ent sprechende 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 Be arbeiten der Oberfläche von Werkstücken verwendet werden kann. In the case of the present process, a power source Arc between a negatively polarized cathode and a positively polarized anode, which is designed as a nozzle, ignited. The plasma-capable medium or the process gas is led to the plasma torch via an appropriate 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 work on the surface of workpieces due to the high energy density.
Beispielsweise beschreibt die EP 986 939 Bl eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung von Oberflächen, wobei mit geringem apparativen Aufwand eine schnelle und effiziente Bearbeitung größerer Ober flächen von Werkstücken ermöglicht wird, indem ein Rotationskopf vorgesehen ist. For example, EP 986 939 B1 describes a device for the plasma treatment of surfaces, with the fact that a rotary head is provided with a small amount of equipment a fast and efficient processing of larger upper surfaces of workpieces is made possible.
Die FR 1 350 055 A beschreibt einen Plasmabrenner der gegen ständlichen Art, wobei durch eine spiralförmige Zuleitung des Prozessgases eine Rotation des Lichtbogens und somit eine Stabi lisierung desselben erzielt wird. FR 1 350 055 A describes a plasma torch of the present type, a rotation of the arc and thus stabilization of the arc being achieved by a spiral feed of the process gas.
Die US 4 782 210 A offenbart eine Elektrode eines Plasmabrenners mit einer gratförmigen Gestaltung, wodurch die Stabilität des Lichtbogens erhöht werden kann. Ein spiralförmiger Gaskanal für die Führung des Prozessgases wird nicht offenbart. US Pat. No. 4,782,210 A discloses an electrode of a plasma torch with a ridge-shaped design, as a result of which the stability of the arc can be increased. A spiral gas channel for guiding the process gas is not disclosed.
In der WO 2017/194635 Al, GB 2 534 890 A und US 3,171,010 A) sind ebenfalls Plasmabrenner mit spiralförmigen Gaskanälen zur Verbesserung der Stabilität des Lichtbogens bekannt geworden. In WO 2017/194635 A1, GB 2 534 890 A and US 3,171,010 A), plasma torches with spiral-shaped gas channels for improving the stability of the arc are also known.
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, insbeson dere 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. Übli cherweise 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 . Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines oben genannten Verfahrens zur Behandlung der Oberfläche von Werkstücken mit Hilfe eines Plasmastrahls unter Atmosphären druck und eines Plasmabrenners zur Durchführung eines solchen Verfahrens, wodurch eine optimale Bearbeitung über längere Zeit räume gewährleistet werden kann, ohne dass Verschleißteile, ins besondere die Düse des Plasmabrenners, bereits nach kurzen Bearbeitungszeiten ausgetauscht werden müssen. Nachteile des Standes der Technik sollen verhindert oder zumindest reduziert werden . A major disadvantage of conventional methods for treating the surface of workpieces using 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 the clamping sleeve for the cathode, the plasma torch and the resulting short service life. Usually it is 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 a long period of time without wearing parts , in particular the nozzle of the plasma torch, have to 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 der Lichtbogen durch Anlegen eines ge pulsten Stromes mit Strompulse mit verschilffenen Kanten erzeugt wird. Durch die erzwungene Rotation des relativ kurzen Lichtbo gens innerhalb der als Düse ausgebildeten Anode kann der Licht bogen 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 Öff nung der als Düse ausgebildeten Anode folgt eine gleichmäßige Wärmeverteilung, was zu einer deutlichen Anhebung der Lebensdau er 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 Pro zessgases wird in einfacher Weise durch spiralförmige Einströ mung des Prozessgases über entsprechende Kanäle erzielt. Neben der längeren Lebensdauer der Verschleißteile kann durch die Ro tation des Lichtbogens auch ein verringerter Geräuschpegel beim Bearbeitungsverfahren erzielt werden. Durch entsprechende Ge staltung des zumindest einen spiralförmigen Gaskanals kann Ein fluss auf die Rotationsgeschwindigkeit des Lichtbogens und somit Einfluss auf den Geräuschpegel bei der Oberflächenbehandlung des Werkstücks genommen werden. Durch die Erzeugung des Lichtbogens durch Anlegen eines gepulsten Stromes kann eine verbesserte Rei nigungswirkung bei der Oberflächenbehandlung und eine weitere Verringerung der Verschleißerscheinungen von Komponenten des Plasmabrenners erreicht werden. Durch die verschilffenen Kanten der Strompulse können weiters die Geräusche beim Erzeugen des Lichtbogens reduziert werden. The inventive object is achieved in terms of method, characterized in that the arc by application of a ge pulsed current with current pulses is generated with VERSCHI l ffenen edges. Due to the forced rotation of the relatively short Lichtbo gene within the anode designed as a nozzle, the arc can not stay 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 an even distribution of heat, which significantly increases the service life of the nozzle and other wearing parts, such as a clamping sleeve for the cathode or one between the cathode and anode Insulating sleeve made of ceramic material, leads. 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 appropriate 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. By generating the arc by applying a pulsed current, an improved cleaning effect in the surface treatment and another Reduction of the signs of wear of components of the plasma torch can be achieved. By VERSCHI l ffenen edges of the current pulses furthermore, the noise can be reduced in producing the arc.
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 üb licherweise 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.
Vorzugsweise wird der Lichtbogen durch Anlegen eines gepulsten Stromes mit einer Pulsfrequenz zwischen 1 Hz und 40 kHz erzeugt. 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. The arc is preferably generated by applying a pulsed current 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.
Als Prozessgas kann beispielsweise Argon verwendet werden. Auch der Einsatz von Druckluft ist möglich, was natürlich hinsicht lich der Verfügbarkeit und Kosten Vorteile bringt. Argon, for example, can be used as the process gas. The use of compressed air is also possible, which of course has advantages in terms of availability and costs.
Das Prozessgas wird beispielsweise mit einem Durchfluss zwischen 5 1/min und 30 1/min, bevorzugt zwischen 7 1/min und 20 1/min, in die Düse eingeströmt. Durch entsprechende Wahl der Durch flussmenge an Prozessgas pro Zeiteinheit kann auch auf die Rota tionsgeschwindigkeit des Lichtbogens und die Geräuschentwicklung bei der Plasmabearbeitung Einfluss genommen werden. The process gas flows into the nozzle, for example, 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, the rotation speed of the arc and the noise generated during plasma processing can also be influenced.
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 Gaska nals für das Prozessgas, die Durchflussmenge des Prozessgases, aber auch die Pulsfrequenz des Stromes zur Erzeugung des Licht bogens 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. Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe auch durch einen oben genannten Plasmabrenner, wobei die Kathode in einer zumindest teilweise aus elektrisch leitfähigem Material, bevorzugt Metall, gebildeten Spannhülse angeordnet ist und der zumindest eine spi ralförmige Gaskanal am Mantel der Spannhülse integriert ist. Be züglich 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 die se 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 wesent lich erhöht werden. Der zumindest eine spiralförmige Gaskanal kann auf der Kathode, einer Spannhülse für die Kathode, auf ei ner Isolierhülse zwischen Kathode und Anode und bzw. oder auf der Innenseite der Anode angeordnet sein. Durch die Anordnung der Kathode in einer Spannhülse und die Integration des zumin dest einen spiralförmigen Gaskanals am Mantel der Spannhülsere sultiert eine besonders einfache und kostengünstige Realisierungsmöglichkeit für den zumindest einen spiralförmigen Gaskanal. Insbesondere eine Anordnung zumindest eines spiralför migen Gaskanals an der Außenseite der Spannhülse, welche vor zugsweise zumindest teilweise aus Metall, wie zum Beispiel Messing oder Kupfer gebildet ist, ist besonders einfach und kos tengünstig herstellbar. 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. The object of the invention is also achieved by an above-mentioned plasma torch, the cathode being arranged in a clamping sleeve formed at least partially from electrically conductive material, preferably metal, and the at least one helical gas channel being integrated on the jacket of the clamping sleeve. 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 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 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 arrangement of the cathode in a clamping sleeve and the integration of the at least one spiral gas channel on the jacket of the clamping sleeve results in a particularly simple and inexpensive implementation option for the at least one spiral gas channel. In particular, an arrangement of at least one spiral-shaped gas channel on the outside of the clamping sleeve, which is preferably at least partially made of metal, such as brass or copper, is particularly easy and inexpensive to manufacture.
Um die Spannhülse mit dem zumindest einen spiralförmigen Gaska nal am Mantel kann eine zylindrische Isolierhülse aus dielektri schem Material, insbesondere aus Keramik, angeordnet sein. Der zumindest eine spiralförmige Gaskanal kann auch oder zusätzlich in dieser Isolierhülse angeordnet sein. Die Anordnung des zumin dest einen spiralförmigen Gaskanals auf der keramischen Isolier hülse ist gegenüber einer Anordnung an der Spannhülse der To the clamping sleeve with the at least one spiral Gaska channel on the jacket, a cylindrical insulating sleeve made of dielectric material, in particular ceramic, can be arranged. 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 opposite to an arrangement on the clamping sleeve
Kathode oder der Kathode selbst aufwändiger, kann aber für be stimmte Anwendungen Vorteile bringen. Cathode or the cathode itself is more complex, but can be advantageous for certain applications.
Die Öffnung der Düse kann nach außen unstetig verjüngend ausge- bildet 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 Licht bogen rotiert. Die ringförmige Kante in der Öffnung der Düse un terstützt 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 taper discontinuously towards the outside. preferably have a conical section and a preferably cylindrical mouth, with an annular edge being formed within the tapered transition, in particular the transition from the conical section to the cylindrical mouth, 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 Licht bogens 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 vor zugsweise 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 been found to be particularly suitable.
Um die Düse kann ein vorzugsweise ringförmiger Kühlkanal ange ordnet sein. Die Plasmadüse ist höchsten Temperaturen ausge setzt, 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 wei ter 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 and other components of the plasma torch even further.
Eine verbesserte Kühlwirkung kann dadurch erzielt werden, dass der Kühlkanal Verengungen aufweist, wodurch die Strömungsge schwindigkeit des Kühlmediums, insbesondere der Kühlflüssigkeit an den Verengungen erhöht wird. Durch derartige spezielle Verän derungen des Kühlquerschnitts im Plasmabrenner wird eine Erhö hung 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, as a result of which the flow rate 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 sechs- eckige Kontur gebildet. Dies stellt eine besonders einfache Rea- lisierungsmöglichkeit für einen ringförmigen Kühlkanal mit darin angeordneten Verengungen dar. The constrictions are created, 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, angular contour formed. This represents a particularly simple implementation option for an annular cooling channel with constrictions arranged therein.
Der zumindest eine Kühlkanal ist bevorzugter Weise im Wesentli chen 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 Gaska nals 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 Ände rungen 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 zwi schen 0,25 mm und 2 mm, bevorzugt zwischen 0,3 mm und 1 mm, be tragen . 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 Zeichnun gen näher erläutert. Darin zeigen: The present invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show in it:
Fig. 1 den schematischen Aufbau eines Plasmabrenners zur Erzeu gung eines Plasmastrahls zur Behandlung der Oberfläche von Werkstücken; 1 shows the schematic structure of a plasma torch for generating a plasma jet for treating the surface of workpieces;
Fig . 2 ein Schnittbild eines erfindungsgemäßen Plasmabrenners; Fig . 3 eine Ausbildung einer Spannhülse für die Kathode mit ei nem spiralförmigen Gaskanal; Fig. 2 shows a sectional view of a plasma torch according to the invention; Fig. 3 shows an embodiment of a clamping sleeve for the cathode with a spiral-shaped gas channel;
Fig. 4 das Detail IV des Gaskanals in der Spannhülse aus Fig. 3 in vergrößerter Darstellung; FIG. 4 shows the detail IV of the gas duct in the clamping sleeve from FIG. 3 in an enlarged illustration; FIG.
Fig . 5 eine Isolierhülse mit daran angeordneten spiralförmigen Fig. 5 an insulating sleeve with spiral-shaped ones arranged thereon
Gaskanal ; Gas duct;
Fig . 6 eine Variante einer Isolierhülse eines Plasmabrenners mit daran angeordnetem spiralförmigen Gaskanal; Fig. 6 shows a variant of an insulating sleeve of a plasma torch with a spiral-shaped gas channel arranged thereon;
Fig . 7 eine Kathode mit einem an der Außenseite angeordneten spiralförmigen Gaskanal; Fig. 7 shows a cathode with a spiral-shaped gas channel arranged on the outside;
Fig . 8 ein schematisches Schnittbild durch den Plasmabrenner ge mäß Fig. 2 entlang der Schnittlinie VIII-VIII; und Fig. 8 is a schematic sectional view through the plasma torch according to FIG. 2 along the section line VIII-VIII; and
Fig . 9 einen zeitlichen Verlauf eines pulsförmigen Gleichstromes zur Erzeugung des Lichtbogens. Fig. 9 shows a time profile of a pulse-shaped direct current for generating the arc.
In Fig. 1 ist der schematische Aufbau eines Plasmabrenners 1 zur Erzeugung eines Plasmastrahls P unter Atmosphärendruck zur Be handlung der Oberfläche 0 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, beispiels weise 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 0 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 Bean spruchung der Düse 4, weshalb deren Lebensdauer sehr begrenzt ist . In Fig. 1, the schematic structure of a plasma torch 1 for generating a plasma jet P under atmospheric pressure for the treatment of the surface 0 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 passes through the opening 5 of the nozzle 4 onto the surface 0 of the workpiece W to be treated is straightened. Due to the high temperatures occurring, especially in the area of the opening 5 of the nozzle 4, the nozzle 4 is subject to severe stress, which is why its service life is very limited.
Fig. 2 zeigt ein Schnittbild eines erfindungsgemäßen Plasmabren- ners 1. Der Plasmabrenner 1 weist eine Kathode 2 mit einem frei en Ende 2' auf, welche in einer Spannhülse 9 eingespannt ist. Um die Spannhülse 9 ist eine Isolierhülse 10 aus isolierendem Mate rial, insbesondere Keramik, angeordnet. Erfindungsgemäß mündet die Zuleitung 8 für das Prozessgas G in zumindest einem spiral förmigen 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 einfachs ten und kostengünstigsten herzustellen ist. Die Spannhülse 9 ist zumindest teilweise aus elektrisch leitfähigem Material, bevor zugt Metall, wie zum Beispiel Messing, gebildet. Es können auch mehrere Gaskanäle 6 an verschiedenen Komponenten des Plasmabren ners 1 oder zueinander versetzt angeordnet sein. Fig. 2 shows a sectional view of a plasma torch according to the invention ners 1. The plasma torch 1 has a cathode 2 with a free end 2 'which is clamped in a clamping sleeve 9. To the clamping sleeve 9, an insulating sleeve 10 made of insulating mate rial, in particular ceramic, is arranged. According to the invention, the feed line 8 for the process gas G opens into at least one spiral-shaped 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, before given metal, such as brass. It is also possible for a plurality of gas ducts 6 to be arranged on different components of the Plasmabren 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 in nerhalb des verjüngend ausgebildeten Übergangs, insbesondere dem Übergang des kegelförmigen Abschnitts 11 zur zylindrischen Mün dung 12, eine ringförmige Kante 13 gebildet ist, wird der Licht bogen 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 light 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 Kühlka nal 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 can be arranged around the nozzle 4 of the plasma torch 1, through which a suitable cooling medium, in particular cooling water with appropriate additives, can flow. The at least one cooling channel 14 preferably extends essentially to the annular edge 13 of the opening 5 of the nozzle 4 in order to optimally dissipate the heat occurring there (see the schematic sectional view according to 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 aK kann zwischen 5° und 80°, bevorzugt zwischen 10° und 60°, betragen. Diese Steigung aK 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 aus wirken können. Weiters ist in Fig. 3 die Isolierhülse 10 darge stellt, die entlang der Pfeile über die Spannhülse 9 geschoben wird und die Isolierung zur Düse 4 bewirkt. A possible design of a clamping sleeve 9 for the cathode 2 with a spiral-shaped gas channel 6 is shown in FIG. 3. 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 a K can be between 5 ° and 80 °, preferably between 10 ° and 60 °. This slope a 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 Darge, which is pushed along the arrows over the clamping sleeve 9 and the insulation to the nozzle 4 causes.
Fig. 4 zeigt das Detail IV des spiralförmigen Gaskanals 6 in der Spannhülse 9 aus Fig. 3 in vergrößerter Darstellung. Dementspre chend 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 Quer schnitt 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-shaped gas channel 6 in the clamping sleeve 9 from FIG. 3 in an enlarged illustration. 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 spi ralförmigen 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-shaped 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 Plasma brenners 1 mit daran angeordnetem spiralförmigen Gaskanal 6 dar gestellt. 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 burner 1 with arranged thereon spiral gas channel 6 is provided. The insulating sleeve 10 is composed of two parts and is electrically connected at the upper end and inside insulating material and in the lower section outside at least partially made of electrically conductive material, for example copper or brass. 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 leitfä higem 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 is shown with a pointed free end 2 ', on the outside of which the spiral gas channel 6 is formed. The cathode 2 consists of electrically conductive material, such as tungsten, copper or brass. Furthermore, the clamping sleeve 9 is shown in FIG. 7, which is pushed over the cathode 2 along the arrows.
Fig. 8 zeigt ein schematisches Schnittbild durch den Plasmabren ner 1 gemäß Fig. 2 entlang der Schnittlinie VIII-VIII. Zur Er zielung einer Kühlung des Plasmabrenners 1 ist um die Düse 4 ein ringförmiger Kühlkanal 14 angeordnet, durch welchen ein geeigne tes Kühlmedium, insbesondere Kühlwasser mit entsprechenden Zu sätzen, 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 Temperatur einwirkung 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. 2 along the section line VIII-VIII. In order 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 passed. 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 burner 1 increase the cooling water flow in the area of the highest temperature effect, which leads to an accelerated removal of heat in the area of the nozzle 4 of the plasma burner 1.
Schließlich zeigt Fig. 9 einen möglichen zeitlichen Verlauf ei nes pulsförmigen Stromes I zur Erzeugung des Lichtbogens L. Ide alerweise 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 Erzeu gung des Plasmastrahls P minimiert werden können. Finally, FIG. 9 shows 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 during the generation of the plasma jet P to be minimized.
Die vorliegende Erfindung erhöht die Lebensdauer der Verschleiß teile 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 0 von Werkstücken W länger ohne Un terbrechung bearbeitet werden. Die konstruktiven Maßnahmen zum Vorsehen des zumindest einen spiralförmigen Gaskanals 6 sind re lativ einfach und kostengünstig umsetzbar. The present invention increases the 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 is essential. As a result, surfaces 0 of workpieces W can be machined longer without interruption. The structural measures for providing the at least one spiral gas channel 6 are relatively simple and inexpensive to implement.

Claims

Patentansprüche : Patent claims:
1. Verfahren zur Behandlung der Oberfläche (0) von Werkstücken1. Method for treating the surface (0) of workpieces
(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(W) with the aid of a plasma jet (P) under atmospheric pressure, between a free end (2 ') of a cathode (2) of a plasma torch (1) and an anode (3) designed as a nozzle (4) with an opening (5) by applying a current (I) an arc (L) is generated between the free end (2 ') of the cathode (2) and the anode (3), and a process gas is fed into the nozzle (4)
(G) eingeströmt wird, und durch Anregung des Prozessgases (G) durch den Lichtbogen (L) der Plasmastrahl (P) gebildet wird, welcher über die zu bearbeitende Oberfläche (0) des Werkstücks (W) geführt wird, wobei 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(G) flows in, and the excitation of the process gas (G) by the arc (L) forms the plasma jet (P), which is guided over the surface (0) of the workpiece (W) to be machined, the process gas (G ) is flowed into the nozzle (4) via at least one spiral gas channel (6), and thereby the arc (L) in the nozzle (4)
Anode (3) um das freie Ende (2') der Kathode (2) rotiert, da durch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen (L) durch Anlegen ei nes gepulsten Stromes (I) mit Strompulsen (I) mit verschilffenen Kanten erzeugt wird. The anode (3) rotates around the free end (2 ') of the cathode (2), characterized in that the arc (L) is generated by applying a pulsed current (I) with current pulses (I) with shaded edges.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen (L) durch Gleichstrom (IDC) mit einer Stromstärke zwi schen 10 und 500 A, bevorzugt zwischen 35 und 200 A, erzeugt wird . 2. The 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.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen (L) durch Anlegen eines gepulsten Stromes (I) mit einer Pulsfrequenz (fP) zwischen 1 Hz und 40 kHz erzeugt wird . 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the arc (L) is generated by applying a pulsed current (I) with a pulse frequency (f P ) between 1 Hz and 40 kHz.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, dass als Prozessgas (G) Argon in die Düse (4) einge strömt wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that argon flows into the nozzle (4) as the process gas (G).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass das Prozessgas (G) mit einem Durchfluss zwischen 5 1/min und 30 1/min, bevorzugt zwischen 7 1/min und 20 1/min, in die Düse (4) eingeströmt wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the process gas (G) with a flow rate between 5 1 / min and 30 1 / min, preferably between 7 1 / min and 20 1 / min, into the nozzle (4) is flowed in.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Lichtbogen (L) mit einer Rotationsgeschwin digkeit (vr) zwischen 500 U/min und 3000000 U/min, bevorzugt zwi schen und 100000 U/min und 300000 U/min, rotiert. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized shows that the arc (L) rotates at a rotational speed (v r) between 500 rpm and 3,000,000 rpm, preferably between and 100,000 rpm and 300,000 rpm.
7. Plasmabrenner (1) zur Erzeugung eines Plasmastrahls (P) unter Atmosphärendruck zur Bearbeitung der Oberfläche (0) von Werkstü cken (W) , mit einer Kathode (2) mit einem freien Ende (2') und einer als Düse (4) mit einer Öffnung (5) ausgebildeten Anode7. Plasma torch (1) for generating a plasma jet (P) under atmospheric pressure for processing the surface (0) of workpieces (W), with a cathode (2) with a free end (2 ') and a nozzle (4) with an opening (5) formed anode
(3), welche mit einer Stromquelle (7) zum Anlegen eines Stromes(3), which with a power source (7) for applying a current
(1) zur Bildung eines Lichtbogens (L) zwischen dem freien Ende(1) to form an arc (L) between the free end
(2') der Kathode (2) und der Anode (3) verbunden sind, und mit einer Zuleitung (8) zur Einströmung eines Prozessgases (G) in die Düse (4), wobei 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(2 ') of 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), 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) in the as a nozzle
(4) ausgebildeten Anode (3) um das freie Ende (2') der Kathode(4) formed anode (3) around the free end (2 ') of the cathode
(2) rotiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (2) in ei ner zumindest teilweise aus elektrisch leitfähigem Material ge bildeten Spannhülse (9) angeordnet ist und der zumindest eine spiralförmige Gaskanal (6) am Mantel der Spannhülse (9) inte griert ist. (2) rotates, characterized in that the cathode (2) is arranged in a clamping sleeve (9) formed at least partially from electrically conductive material and the at least one spiral gas channel (6) is integrated on the jacket of the clamping sleeve (9) .
8. Plasmabrenner (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannhülse (9) aus Metall gebildet ist. 8. Plasma torch (1) according to claim 8, characterized in that the clamping sleeve (9) is made of metal.
9. Plasmabrenner (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn zeichnet, dass um die Spannhülse (9) mit dem zumindest einen spiralförmigen Gaskanal (6) am Mantel eine zylindrische Isolier hülse (10) aus dielektrischem Material, insbesondere aus Kera mik, angeordnet ist. 9. plasma torch (1) according to claim 7 or 8, characterized in that around the clamping sleeve (9) with the at least one spiral gas channel (6) on the jacket has a cylindrical insulating sleeve (10) made of dielectric material, in particular made of Kera mik, is arranged.
10. Plasmabrenner (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (5) der Düse (4) nach außen un stetig verjüngend ausgebildet ist, vorzugsweise einen kegelför migen Abschnitt (11) und eine vorzugsweise zylindrische Mündung10. Plasma torch (1) according to one of claims 7 to 9, characterized in that the opening (5) of the nozzle (4) is designed to be continuously tapered towards the outside, preferably a conical section (11) and a preferably cylindrical mouth
(12) aufweist, wobei innerhalb des verjüngend ausgebildeten Übergangs, insbesondere dem Übergang des kegelförmigen Ab schnitts (11) zur zylindrischen Mündung (12), eine ringförmige Kante (13) gebildet ist, entlang welcher Kante (13) der Lichtbo gen (L) rotiert. (12), an annular edge (13) being formed within the tapering transition, in particular the transition from the conical section (11) to the cylindrical mouth (12), along which edge (13) the arc (L) rotates.
11. Plasmabrenner (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine spiralförmige Gaskanal (6) im Wesentli chen bis zur ringförmigen Kante (13) der Öffnung (5) der Düse (4) angeordnet ist. 11. Plasma torch (1) according to claim 10, 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).
12. Plasmabrenner (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass um die Düse (4) ein ringförmiger Kühlkanal (14) angeordnet ist, wobei der ringförmige Kühlkanal (14) vor zugsweise Verengungen (15) aufweist. 12. Plasma torch (1) according to one of claims 7 to 11, characterized in that an annular cooling duct (14) is arranged around the nozzle (4), the annular cooling duct (14) preferably having constrictions (15).
13. Plasmabrenner (1) nach Anspruch 12, 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. 13. Plasma torch (1) according to claim 12, characterized in that the constrictions (15) 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 ) are formed.
14. Plasmabrenner (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn zeichnet, dass der zumindest eine Kühlkanal (14) im Wesentlichen bis zur ringförmigen Kante (13) der Öffnung (5) der Düse (4) an geordnet ist. 14. Plasma torch (1) according to claim 12 or 13, 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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