Technischer BereichTechnical part
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kontaktstart-Plasmalichtbogenbrenner, insbesondere eine neuartige Bauart desselben, welche die Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen einer Verbrauchselektrode und einer Stromquelle ermöglicht.The present invention relates to a contact start plasma arc torch, in particular a novel type of same, which enables the production of the electrical connection between a consumable electrode and a power source.
Bestehender Stand der TechnikExisting state of the art
Die Patentschrift U.S. 4,791,268 stellt einen Kontaktstart-Plasmalichtbogenbrenner vor, in welchem die Elektrode mittels eines Plungerkolbens in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird, wobei der Plungerkolben in einer geschlossenen Konstruktion angebracht ist; diese Konstruktion ist derart gestaltet, dass ein wesentlicher Abschnitt der Elektrode nicht der Gasströmung ausgesetzt wird, welche die Kühlwirkung verbessern würde, und die Gasströmung um den Plungerkolben herum scheinbar gering ist. Darüber hinaus ist der Kontakt zwischen dem Plungerkolben und der Elektrode nur mittels kleiner ebener Kontaktflächen sichergestellt, was, sofern es zu einem ungewollten Einlegen eines Werkstoffs zwischen diese Flächen kommt, zur Verschlechterung des Kontaktes führen kann.The patent US 4,791,268 presents a contact start plasma arc torch in which the electrode is biased forward by a plunger, the plunger being mounted in a closed construction; this design is such that a substantial portion of the electrode is not exposed to the gas flow which would enhance the cooling effect and the gas flow around the plunger is apparently low. In addition, the contact between the plunger and the electrode is ensured only by means of small flat contact surfaces, which, if it comes to an unwanted insertion of a material between these surfaces, can lead to deterioration of the contact.
Die Patentschriften U.S. 8,035,055 und 8,115,136 stellen eine Reihe von unterschiedlichen Konfigurationen der Elektrode in Kontaktstart-Plasmalichtbogenbrennern vor. Ausserdem beschreiben sie eine Elektrode, die den bestehenden Stand der Technik darstellt und die zu der Stromzuführung einen federbelasteten Kontakt nutzt, der zur Verschiebung der Elektrode in der Richtung zu ihrer vorderen Stellung dient. In den Anlagen, die den bestehenden Stand der Technik darstellen und in den oben angeführten Patentschriften offenbart sind, bleibt die Elektrode ständig im Eingriff mit dem Kontakt. In den grundlegenden Ausführungsformen der Erfindungen, die in den oben angeführten Patentschriften vorgestellt sind, ist eine Feder zwischen der Elektrode und dem Kontakt untergebracht, und zwar derart, dass sie die Elektrode in der Richtung weg von dem Kontakt verschiebt. In diesen Ausführungsformen ist somit die Elektrode nur dann im direkten Eingriff mit dem Kontakt, wenn sie sich in ihrer hinteren Stellung befindet, wobei es sich um diejenige Stellung handelt, die zur Aufrecherhaltung des nicht übertragenen Führungslichtbogens und des übertragenen Lichtbogens bestimmt ist, wobei eben der letztgenannte Lichtboden zum Plasmastrahlschneiden dient. Falls die Feder nicht innerhalb der Elektrode eingebaut ist, droht beim Öffnen des Brenners zwecks eines Elektrodenwechsels der Verlust dieser Feder.The patents US 8,035,055 and 8,115,136 introduce a number of different electrode configurations in contact-start plasma arc torches. In addition, they describe an electrode which represents the prior art and which uses a spring-loaded contact to the power supply, which serves for the displacement of the electrode in the direction to its front position. In the prior art plants disclosed in the above referenced patents, the electrode is constantly engaged with the contact. In the basic embodiments of the inventions disclosed in the above-referenced patents, a spring is sandwiched between the electrode and the contact such that it shifts the electrode in the direction away from the contact. Thus, in these embodiments, the electrode is in direct engagement with the contact only when in its rear position, which is the position intended to maintain the untransmitted guide arc and the transferred arc The latter light ground is used for plasma jet cutting. If the spring is not installed inside the electrode, the loss of this spring may be jeopardized when the burner is opened to replace the electrode.
Die oben genannten Patentschriften offenbaren – wahrscheinlich mit der Absicht den Verlust der Feder beim Öffnen des Brenners zwecks eines Elektrodenwechsels zu vermeiden – auch mehrere Ausführungsformen, in welchen eine Elektrode mit einem federbelasteten leitfähigen Element vorgesehen ist, wobei das Element an der Elektrode angebracht ist, um die vor der Verlust zu schützende Feder mitzunehmen. Infolge der Anbringung des leitfähigen Elements und somit auch der Feder an der Elektrode ist es jedoch notwendig, diese Komponenten gleichzeitig mit der Elektrode zu wechseln, was den Preis der als Verbrauchsmaterial verwendeten Elektrode erhöht.The above patents also disclose, probably with the intention of avoiding the loss of the spring when opening the torch for electrode replacement, several embodiments in which an electrode is provided with a spring-loaded conductive element, the element being attached to the electrode to take the spring to be protected from loss. However, due to the attachment of the conductive element and thus also the spring to the electrode, it is necessary to change these components simultaneously with the electrode, which increases the price of the electrode used as a consumable.
In noch anderer Ausführungsformen wird die Elektrode mittels einer Bajonettverbindung aufgenommen, wobei die Feder hinter dem inneren Gewindeabschnitt des Bajonettelements untergebracht ist, wodurch ihre Stellung innerhalb der Baugruppe fixiert wird. Die Elektrode ist dabei mit dem äusseren Gewindeabschnitt dieser Verbindung versehen und kommt erst dann in Berührung mit der Feder, wenn sie in der richtigen Stellung eingelegt und verschlossen ist. In einer weiteren Ausführungsform wird die Feder mit einem feststehenden Ring zurückgehalten, der sie teilweise überdeckt, wobei noch ein Paar von Stiften vorgesehen ist, die derart untergebracht sind, dass sie durch den Spalt durchgreifen und in der Berührung mit der Feder sind. Eine derartige Bauart ermöglicht jedoch nur einen beschränkten Kontakt. Obwohl die letztgenannten technischen Lösungen die mit der Anbringung der Feder sowie des leitfähigen Elementes an der Elektrode zusammenhängenden Kosten eliminieren, erfordern sie eine kompliziertere Bauart der Elektrode, wodurch sie wiederum die Herstellungskosten erhöhen. Darüber hinaus kann diese Bauart die Luftströmung um die Feder sowie um den Kontaktabschnitt der Elektrode herum einschränken und somit die Kühlwirkung der strömenden Luft verschlechtern. Ein weiterer, offensichtlicher Nachteil dieser Bauart besteht auch darin, dass die gemeinsame Kontaktfläche der Feder und der Elektrode eine beschränkte Grösse hat, wodurch die Wirksamkeit des gemeinsamen elektrischen Kontaktes verschlechtert wird. Die letztgenannten Einschränkungen können also den Grund dafür darstellen, dass die von dem Patentinhaber derzeit vermarkte Elektrode der Ausführung nach und in den Patentschriften '055 und '136 entspricht, in welcher die Feder und das leitfähige Element an der Elektrode angebracht sind.In yet other embodiments, the electrode is received by means of a bayonet connection, wherein the spring is housed behind the inner threaded portion of the bayonet member, whereby its position is fixed within the assembly. The electrode is provided with the outer threaded portion of this compound and only comes into contact with the spring when it is inserted and locked in the correct position. In a further embodiment, the spring is retained with a fixed ring which partially overlies it, with a pair of pins still being provided to pass through the gap and in contact with the spring. However, such a design allows only a limited contact. Although the latter technical solutions eliminate the costs associated with the attachment of the spring and the conductive element to the electrode, they require a more complicated design of the electrode, which in turn increases the manufacturing cost. In addition, this design can restrict the flow of air around the spring and around the contact portion of the electrode and thus degrade the cooling effect of the flowing air. Another obvious drawback of this design is also that the common contact area of the spring and the electrode has a limited size, which worsens the effectiveness of the common electrical contact. The latter limitations may therefore be the reason for the fact that the electrode currently marketed by the patentee is the embodiment of and in the patents '055 and '136 corresponds, in which the spring and the conductive element are attached to the electrode.
Gegenstand der ErfindungSubject of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baugruppe zur Aufnahme einer Elektrode, die zur Anwendung in Kontaktstart-Plasmalichtbogenbrennern bestimmt ist, wobei sie die Stellung der Elektrode fixiert, den elektrischen Kontakt sicherstellt und zugleich einen raschen Wechsel der Elektrode ermöglicht. Die Baugruppe umfasst auch ein System, das der Elektrode den elektrischen Strom zuführt und zugleich die Verschiebung der Elektrode in der Längsrichtung beschränkt. Dies wird nachfolgend näher erläutert.The present invention relates to an assembly for receiving an electrode intended for use in contact start plasma arc torches, which fixes the position of the electrode, ensures the electrical contact and at the same time enables a rapid change of the electrode. The assembly also includes a system that the Electrode supplies the electric current and at the same time limits the displacement of the electrode in the longitudinal direction. This will be explained in more detail below.
Der Begriff „Elektrode”, wie er in der vorliegenden Anmeldung benutzt wird, definiert einen Verbrauchsteil des Brenners, der nach dem Entfernen der Brennerdüse gewechselt werden kann.The term "electrode" as used in the present application defines a consumable portion of the burner which can be changed after removal of the burner nozzle.
Ein Plasmalichtbogenbrenner, in dem die vorliegende Erfindung Anwendung finden kann, umfasst eine stromführende Kathode, die an eine Stromquelle angeschlossen ist und in eine Oberfläche übergeht, welche die elektrische Leistung überträgt. In dem Brenner ist ein Hohlraum ausgebildet, in dem ein hohler Isolator untergebracht ist, der nach dem Einschieben in Berührung mit der Elektrode kommt und mithilfe einer Düse ein verdichtetes Gas in eine definierte Kammer einleitet. Ein Sperrglied stellt die Düse gegenüber dem Hohlraum des Brenners fest. Der Brenner ist derart ausgelegt, dass sich die Elektrode zwischen ihrer vorderen Stellung, in der sie Düse berührt und somit den Durchgang des elektrischen Stroms durch die Elektrode ermöglicht und zugleich den Brenner startet, und ihrer hinteren Stellung, in der sie von der Düse beabstandet ist und in die sie mit dem Druck des durch den Isolator eingeleiten Gases hineingedrückt wird, bewegt. Wenn sich die Elektrode in der hinteren Stellung befindet, entsteht eine Kammer, die die Entwicklung und Aufrechterhaltung eines Plasmas ermöglicht. Anfänglich wird also ein Führungslichtbogen zwischen der Elektrode und der Düse aufrechterhalten. Nachdem der Brenner in die Nähe des zu schneidenden Teils gebracht worden ist, wird dieser nicht übertragene, zwischen der Elektrode und der Düse aufrechterhaltene Führungslichtbogen in einen zwischen der Elektrode und dem Werkstück wirkenden Lichtbogen umgewandelt. Dadurch entsteht also ein übertragener Plasma-Lichtbogen. Die erfindungsgemässe Baugruppe umfasst nebst dem Isolator und der Elektrode auch zusammenhängende Bauteile, um einen besseren Kontakt und verbesserte Kühlung der Elektrode sicherzustellen. Die zusammenhängenden Bauteile erlauben eine Vereinfachung der Elektrode und somit auch die einfachere und kostengünstigere Herstellung derselben.A plasma arc torch in which the present invention may be used includes a current-carrying cathode connected to a source of current and passing into a surface which transmits the electrical power. In the burner, a cavity is formed in which a hollow insulator is housed, which comes after insertion into contact with the electrode and uses a nozzle to introduce a compressed gas into a defined chamber. A locking member locks the nozzle to the cavity of the burner. The burner is designed so that the electrode between its front position in which it touches the nozzle and thus allows the passage of electrical current through the electrode and at the same time starts the burner, and their rear position, in which it is spaced from the nozzle and into which it is forced by the pressure of the gas introduced through the insulator. When the electrode is in the back position, it creates a chamber that allows the development and maintenance of a plasma. Initially, therefore, a guide arc is maintained between the electrode and the nozzle. After the torch has been brought near the part to be cut, this non-transferred guide arc maintained between the electrode and the nozzle is converted into an arc acting between the electrode and the workpiece. This creates a transferred plasma arc. In addition to the insulator and the electrode, the assembly according to the invention also comprises connected components in order to ensure better contact and improved cooling of the electrode. The contiguous components allow a simplification of the electrode and thus the simpler and more cost-effective production of the same.
Der Isolator wird aus elektrisch nicht leitenden Werkstoffen hergestellt und ist derart entworfen, dass er in den Hohlraum des Brenners anstatt des üblichen Wirbelrings eingeschoben und dort in üblicher Art und Weise gesichert werden kann. In der Regel wird der Isolator derart gesichert, dass er im festen Eingriff mit der Düse ist, die wiederum mit einem Sperrglied festgestellt wird. Der Isolator ist mit Durchgangskanälen versehen, durch die ein Gas in den von der Brennerdüse teilweise abgegrenzten Bereich eingeleitet wird, und zwar in derselben Art und Weise wie bei der Verwendung von herkömmlichen Wirbelringen. Das derart eingeleitete Gas einerseits drückt die Elektrode in ihre hintere Stellung hinein, in der sie von der Düse beabstandet ist, und andererseits unterstützt die Aufrechterhaltung des Plasma-Lichtbogens, während der restliche Anteil dieses Gases entlang der Elektrode zurückströmt und somit die erforderliche Kühlung sicherstellt.The insulator is made of electrically non-conductive materials and is designed so that it can be inserted into the cavity of the burner instead of the usual vortex ring and secured there in the usual manner. In general, the insulator is secured so that it is in firm engagement with the nozzle, which in turn is detected by a locking member. The insulator is provided with passageways through which a gas is introduced into the region partially defined by the burner nozzle, in the same manner as when conventional vortex rings are used. The thus introduced gas on the one hand presses the electrode into its rear position, in which it is spaced from the nozzle, and on the other hand supports the maintenance of the plasma arc, while the remaining portion of this gas flows back along the electrode and thus ensures the required cooling.
Die in der vorliegenden Baugruppe enthaltene Elektrode weist eine Langsachse auf, wobei ein Abschnitt dieser Elektrode während des Betriebs innerhalb des Isolator untergebracht ist. Die Elektrode kann aus der vorderen Stellung, in der sie die Brennerdüse berührt, in die hintere Stellung, in der sie von der Düse beabstandet ist, bewegt werden. Die vordere Stellung dient dabei als die Ausgangstellung für den Brenner. Wenn die Elektrode derart positioniert ist, kann sie mit dem durch ein biegsames Element zugeführten elektrischem Strom durchflossen werden, und wenn die Elektrode von der Düse beabstandet ist, entsteht ein Lichtbogen, der dann die Bildung des Führungs-Plasmalichtbogens bewirkt. Wenn sich die Elektrode in ihrer hinteren Position befindet, wird der Führungs-Plasmalichtbogen zwischen der Elektrode und der Düse aufrechterhalten, wobei der überwiegende Anteil des elektrischen Stroms nicht mehr durch das biegsame Element zugeführt wird. Anschliessend, also nachdem der Brenner in die Nähe des zu schneidenden Werkstücks gebracht worden ist, wird dieser nicht übertragener Plasma-Lichtbogen in einen zwischen der Elektrode und dem Werkstück wirkenden Lichtbogen umgewandelt.The electrode included in the present assembly has a longitudinal axis with a portion of that electrode housed within the insulator during operation. The electrode can be moved from the forward position in which it contacts the burner nozzle to the rear position in which it is spaced from the nozzle. The front position serves as the starting position for the burner. When the electrode is so positioned, it can be traversed by the electrical current supplied by a flexible element, and when the electrode is spaced from the nozzle, an arc is created which then causes formation of the pilot plasma arc. When the electrode is in its rearward position, the pilot plasma arc is maintained between the electrode and the nozzle, with the majority of the electrical current no longer being supplied by the flexible element. Subsequently, that is, after the burner has been brought into the vicinity of the workpiece to be cut, this non-transferred plasma arc is converted into an acting between the electrode and the workpiece arc.
Die Elektrode weist ein distales Ende, das ein strahlendes Element umfasst, und ein proximales Ende auf. Das proximale Ende der Elektrode ist dabei vorteilhafterweise mit einer unebenen hinteren Abschlussoberfläche versehen. Eine derartige Abschlussoberfläche der Elektrode kann von einem stumpfkegeligen Vorsprung oder einem stumpfkegeligen Hohlraum gebildet werden.The electrode has a distal end comprising a radiating element and a proximal end. The proximal end of the electrode is advantageously provided with an uneven rear end surface. Such a termination surface of the electrode may be formed by a frusto-conical projection or a frusto-conical cavity.
Obwohl die nachfolgende Beschreibung die Abschlussoberfläche als eine kontinuierliche Oberfläche behandelt, muss diese Oberfläche nicht zwingend vollkommen kontinuierlich sein. Stattdessen könnte sie nur teilweise als kontinuierlich ausgebildet werden. Jedenfalls ist es jedoch vorteilhaft, wenn die stumpfkegelige Abschlussoberfläche derart ausgebildet ist, dass die einen Scheitelwinkel in dem Bereich zwischen 16° und 60° aufweist, wobei die Scheitelwinkel in dem Bereich zwischen 40° und 60° insbesondere bevorzugt werden.Although the following description describes the finish surface as a continuous surface, this surface need not necessarily be completely continuous. Instead, it could only be partially developed as continuous. In any case, however, it is advantageous if the frustoconical termination surface is formed such that it has an apex angle in the range between 16 ° and 60 °, the apex angles in the range between 40 ° and 60 ° being particularly preferred.
Gleichfalls innerhalb des Isolators befindet sich während des Betriebs ein aus einem elektrisch leitenden Werkstoff hergestellter Plungerkolben, der hinter der Elektrode untergebracht ist. Die vordere Kontaktfläche des Plungerkolbens ist derart entworfen, dass sie die hintere Abschlussoberfläche der Elektrode lösbar aufnehmen kann; diese lösbar zu verbindenden Kontaktflächen sind dabei derart ausgebildet, dass der erforderliche Kontakt durch die Verschiebung der Elektrode entlang ihrer Längsachse herstellbar ist. Falls also die hintere Abschlussoberfläche der Elektrode eine Form aufweist, soll die vordere Kontaktfläche des Plungerkolbens eine komplementäre konvexe Form aufweisen. Durch die Verwendung von unebenen Kontaktflächen, die beispielsweise kegelförmig sein können, lässt sich die gemeinsame Kontaktfläche zwischen der Elektrode und dem Plungerkolben vergrössern, der Widerstand des Kontaktes erniedrigen und die Wärmeübertragung verbessern. Darüber hinaus ermöglichen die kegeligen oder stumpfkegeligen Formen der Kontaktflächen eine bessere Zentrierung und die bündige Ausrichtung der Elektrode und des Plungerkolbens zu erhalten. Dank einer intensiven Berührung der Kontaktflächen kann der Plungerkolben als ein Kühler funktionieren und die Wärme von der Elektrode wegleiten. Somit ermöglicht er, die Komponenten des Brenners bei niedrigeren Arbeitstemperaturen zu betreiben. In seinem hinteren Abschnitt ist der Plungerkolben wiederum mit einer Abschlussoberfläche versehen.Also located within the insulator during operation is a plunger made of an electrically conductive material, which is housed behind the electrode. The front contact surface of the plunger is designed to be the rear end surface of the plunger Electrode can absorb releasably; These contact surfaces to be detachably connected are designed such that the required contact can be produced by the displacement of the electrode along its longitudinal axis. Thus, if the rear end surface of the electrode has a shape, the front contact surface of the plunger should have a complementary convex shape. By using uneven contact surfaces, which may be conical, for example, the common contact area between the electrode and the plunger can be increased, the resistance of the contact can be reduced, and the heat transfer can be improved. In addition, the tapered or frustoconical shapes of the contact surfaces allow for better centering and flush alignment of the electrode and plunger. Thanks to intensive contact with the contact surfaces, the plunger can function as a cooler and conduct heat away from the electrode. Thus, it allows to operate the components of the burner at lower operating temperatures. In its rear section, the plunger is again provided with an end surface.
Die Verwendung des Plungerkolbens, der den elektrischen Strom für die Elektrode zuführt, bietet einen weiteren Vorteil, der darin besteht, dass die Elektrode eine einfache Bauart aufweisen und einfach gewechselt werden kann, ohne dass dabei weitere Bauteile gewechselt werden müssen, wie dies in mehreren in den Patentschriften U.S. 8,035,055 und 8,115,136 beschriebenen Ausführungsformen verlangt wird, wo während des Startvorgangs zur Stromzuführung für die Elektrode eine Feder angewendet wird, die an der Elektrode mittels eines leitfähigen Elementes angebracht ist. Die Tatsache, dass das leitfähige Element und die Feder an der Elektrode angebracht sind, führt hierbei zu der Notwendigkeit, diese Teile zusammen mit der Elektrode zu wechseln, was den Preis der als Verbrauchsmaterial verwendeten Elektrode erhöht. In den grundlegenden Ausführungsformen nach den letztgenannten Patenten wird kein federbelastetes leitfähiges Element vorgesehen und somit ist es nicht erforderlich, die Feder an die Elektrode anzubringen. Falls jedoch die Feder nicht an der Elektrode angebracht ist, kann sie entweder an der Kathode des Brenners angebracht sein, woraus sich ergibt, dass der Wechsel einer derartigen Feder schwierig sein wird, oder einen frei gelagerten Bauteil darstellen, was zu ihrem Verlust beim Herausnehmen der zu wechselnden Elektrode führen kann.The use of the plunger, which supplies the electric current for the electrode, offers a further advantage in that the electrode has a simple design and can be easily changed without having to change other components, as described in several the patents US 8,035,055 and 8,115,136 described embodiments is required, where during the starting process for supplying power to the electrode, a spring is applied, which is attached to the electrode by means of a conductive element. The fact that the conductive element and the spring are attached to the electrode thereby leads to the need to change these parts together with the electrode, which increases the price of the electrode used as a consumable. In the basic embodiments of the latter patents, no spring-loaded conductive element is provided, and thus it is not necessary to attach the spring to the electrode. However, if the spring is not attached to the electrode, it may either be attached to the cathode of the burner, with the result that the replacement of such a spring will be difficult, or constitute a cantilevered component, resulting in its loss in removing the lead to changing electrode.
In anderen Ausführungsformen nach den Patenten '055 und '136 , wo das leitfähige Element keinen Bestandteil der Elektrode bildet, beispielsweise in denjenigen Ausführungsformen, die in den genannte Patentschriften in den – dargestellt sind, wo zur Aufrechterhaltung des Kontaktes zwischen der Elektrode und der Feder eine Bajonettverbindung dient, muss das proximale Ende der Elektrode besonders angepasst werden; dies beschränkt jedoch die erforderliche gute elektrische Leitfähigkeit zwischen der Elektrode und der Feder. Die Bajonettverbindung kann auch die Gasströmung um die Elektrode herum beschränken und somit auch die Kühlwirkung verschlechtern.In other embodiments according to the patents '055 and '136 where the conductive element does not form part of the electrode, for example in those embodiments disclosed in the said patents in US Pat - where a bayonet connection is used to maintain contact between the electrode and the spring, the proximal end of the electrode must be specially adapted; however, this limits the required good electrical conductivity between the electrode and the spring. The bayonet connection can also restrict the gas flow around the electrode and thus also worsen the cooling effect.
In einer weiteren Ausführungsform nach den oben angeführten Patenten, die in dargestellt ist, ragen die Vorsprünge der Elektrode in einen abgegrenzten Abschnitt des in dem Isolator ausgebildeten Durchgangskanals hinein. Diese Abgrenzung dient zum Zurückhalten der Feder innerhalb des Isolators, macht allerdings die Herstellung der Elektrode kompliziert und verkleinert die Kontaktfläche zwischen der Elektrode und der Feder, wodurch die Fähigkeit, den zur Bildung eines Führungslichtbogens erforderlichen anfänglichen Lichtbogen sicherzustellen, eingeschränkt werden kann.In a further embodiment according to the above-referenced patents, which in 2, the protrusions of the electrode protrude into a defined portion of the passageway formed in the insulator. This demarcation serves to retain the spring within the insulator, but complicates the manufacture of the electrode and reduces the contact area between the electrode and the spring, thereby limiting the ability to secure the initial arc required to form a pilot arc.
Im Gegensatz dazu wird in einigen Ausführungsformen nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass der Plungerkolben nicht nur eine grosse Oberfläche für den Kontakt mit der Elektrode zur Verfügung stellt, sondern zugleich aus Silber oder aus einer Silberlegierung hergestellt ist, die eine ausgezeichnete elektrische und thermische Leitfähigkeit sicherstellt und die erforderliche Kontaktfläche mit einem niedrigen elektrischen und thermischen Widerstand zwischen dem Plungerkolben und der Elektrode gewährt. Die Verwendung einer Silberlegierung sollte auch den Kontaktwiderstand zwischen der Feder und dem Plungerkolben vermindern und somit die Wärmeableitung im Bereich der Feder erhöhen, falls sich die Grenztemperatur der Feder aus den Bedingungen einer Widerstandserwärmung (I2R) ergibt.In contrast, in some embodiments of the present invention, it is contemplated that the plunger not only provide a large surface area for contact with the electrode, but is also made of silver or a silver alloy that ensures excellent electrical and thermal conductivity and provides the required contact area with a low electrical and thermal resistance between the plunger and the electrode. The use of a silver alloy should also reduce the contact resistance between the spring and the plunger and thus increase the heat dissipation in the area of the spring if the limit temperature of the spring results from the conditions of resistance heating (I 2 R).
In einigen Ausführungsformen ist der Plungerkolben derart ausgelegt, dass er breiter ist als der Aussendurchmesser des proximalen Endes der Elektrode und somit die Strömung eines kühlen Gases um dieses Ende herum ermöglicht. Diese breitere Ausführung des Plungerkolbens verbessert die Kühlung der Elektrode und sollte somit auch deren Standzeit verlängern. Durch die Vergrösserung der Flächen des Plungerkolbens, von welchen das Gas abprallt, wird die Kühlung des Plungerkolbens wieder verbessert, indem die verfügbare, von dem strömenden Gas beaufschlagte Oberfläche grösser geworden ist. Die Wirksamkeit der Kühlung des Plungerkolbens kann noch weiter verbessert werden, wenn der hintere Abschnitt des Plungerkolben einen verringerten Querschnitt aufweist und dadurch ein abgestuftes Profil entsteht. Eine derartige Abstufung erhöht nämlich die turbulente Strömung des in der Nähe des hinteren Abschnittes durchfliessenden Gases, wodurch sich auch die Wirksamkeit der Kühlung weiter erhöht.In some embodiments, the plunger is designed to be wider than the outer diameter of the proximal end of the electrode, thus allowing the flow of cool gas around that end. This wider plunger design improves cooling of the electrode and should therefore extend its life. By increasing the area of the plunger from which the gas rebounds, the cooling of the plunger is again improved by increasing the available surface area occupied by the flowing gas. The effectiveness of the cooling of the plunger can be further improved if the rear portion of the plunger has a reduced cross-section, thereby creating a stepped profile. Namely, such a gradation increases the turbulent flow of the gas flowing in the vicinity of the rear portion, thereby further increasing the efficiency of cooling.
Ein aus einem elektrisch leitenden Werkstoff hergestelltes Kontaktelement, das an dem Isolator angebracht ist, ist derart angepasst, dass er an die stromführenden Oberfläche der Kathode angedrückt wird, wenn der Isolator mit dem Sperrglied festgestellt wird. Das in der erfindungsgemässen Baugruppe enthaltene Kontaktelement weist ein System von Durchgangskanälen auf, durch die das entlang der Elektrode zurückströmende Gas durchfliessen kann, und ist mit einer vorderen Kontaktfläche und einer hinteren Kontaktfläche abgeschlossen. In vielen Ausführungsformen ist die vordere Kontaktfläche derart entworfen, dass sie zumindest teilweise die hintere Fläche des Plungerkolbens berührt, wenn sich die Elektrode in ihrer hinteren Stellung befindet. Wenn der Isolator in seiner Stellung fixiert ist, soll die hintere Kontaktfläche die oben erwähnte stromführende Oberfläche berühren. Das Kontaktelement lässt sich in den Isolator einpressen, um einfach in der richtigen Position festgestellt zu werden. A contact element made of an electrically conductive material, which is attached to the insulator, is adapted to be pressed against the current-carrying surface of the cathode when the insulator with the blocking member is detected. The contact element contained in the assembly according to the invention has a system of passage channels, through which the gas flowing back along the electrode can flow, and is closed off with a front contact surface and a rear contact surface. In many embodiments, the front contact surface is designed to at least partially contact the back surface of the plunger when the electrode is in its rearward position. When the insulator is fixed in position, the rear contact surface should contact the above-mentioned current-carrying surface. The contact element can be pressed into the insulator to be easily detected in the correct position.
Das biegsame Element (die Feder) ist mit dem Kontaktelement und mit dem hinteren Abschnitt des Plungerkolbens verbunden. Es sind ebenfalls Mittel zur Sicherstellung des gegenseitigen Eingriffs des Kontaktelementes, des Plungerkolbens und der Feder gegeben; diese Mittel halten die genannten Bauteile innerhalb des Isolators während des Wechsels der Elektrode, um den Verlust derselben zu vermeiden. In einer Ausführungsform dient als dieses Mittel die Reibung zwischen dem biegsamen Element, dem Plungerkolben und dem Kontaktelement, die dank dem Klemmsitz der genannten Bauteile erzeugt wird.The flexible element (the spring) is connected to the contact element and to the rear portion of the plunger. There are also provided means for ensuring the mutual engagement of the contact element, the plunger and the spring; these means keep said components inside the insulator during the change of the electrode in order to avoid the loss of the same. In one embodiment, this means serves as the friction between the flexible element, the plunger and the contact element, which is produced thanks to the clamping fit of said components.
In einigen Ausführungsformen können der Plungerkolben und das Kontaktelement ausser den Kontaktoberflächen, welche den Reibkontakt mit der Feder bedingen, auch mit wendelförmigen Nuten versehen sein und derart miteinander verschraubt werden, dass auf diese Nuten die ebenfalls wendelförmige Feder aufgeschraubt wird.In some embodiments, the plunger and the contact element except the contact surfaces, which cause the frictional contact with the spring, be provided with helical grooves and are screwed together such that on these grooves, the helical spring is also screwed.
Der Vorteil eines derartigen formschlüssigen Eingriffs besteht nicht nur darin, das er die mechanische Verbindung und somit auch den dauerhaften Kontakt der genannten Bauteile während des Betriebs sicherstellt, sondern auch darin, dass er eine wirksame Wärmeübertragung zwischen der Feder und dem Plungerkolben ermöglicht. Diese leitende Verbindung unterstützt die Ableitung der Wärme aus der Feder in die mit derselben verbundenen Bauteile, wodurch die Zerstreuung der bei der Widerstandserwärmung erzeugten Wärme (I2R) verbessert. Falls die Feder durch eine von der Widerstandserwärmung verursachten Überhitzung beansprucht wird, was sich als Korrosion oder Anlassen auswirken kann, kann derartiger Reibkontakt zu einer verbesserten Wärmezerstreuung führen und somit auch die Wahrscheinlichkeit der Überhitzung der Feder vermindern, die sonst deren Elastizität ungünstig beeinflussen könnte.The advantage of such a positive engagement is not only that it ensures the mechanical connection and thus also the permanent contact of said components during operation, but also that it allows an effective heat transfer between the spring and the plunger. This conductive connection assists in dissipating the heat from the spring into the components connected to it, thereby improving the dissipation of the heat generated during resistance heating (I 2 R). If the spring is stressed by overheating caused by resistance heating, which can result in corrosion or tempering, such frictional contact can result in improved heat dissipation and thus reduce the likelihood of the spring overheating, which could otherwise adversely affect its resilience.
In einigen Ausführungsformen ist die mit dem Anlassen und/oder der Korrosion zusammenhängende Beschädigung der Feder auf die Umgebungstemperatur zurückzuführen, deren Auswirkung die Feder ausgesetzt wird. Die Verwendung eines silbernen Plungerkolbens kann auch in Bezug auf die Verminderung der Temperaturschwankungen in dem Bereich der Feder vorteilhaft sein.In some embodiments, damage to the spring associated with tempering and / or corrosion is due to ambient temperature, the effect of which is exposed to the spring. The use of a silver plunger may also be advantageous in terms of reducing temperature variations in the region of the spring.
In einigen Ausführungsformen werden die Mittel zur Aufrechterhaltung des gegenseitigen Eingriffs des Kontaktelementes, des Plungerkolbens und der Feder zumindest teilweise durch die Konstruktion des Isolators realisiert. In solchen Ausführungsformen weist der Isolator einen mittleren Streifen mit verjüngtem Querschnitt auf, der einen Durchgang bildet und derart verjüngt ist, dass sich der Plungerkolben nicht hierdurch bewegen kann. Mit dieser Verjüngung wird zudem der Hohlraum in zwei Abschnitte unterteilt, wobei der vordere Abschnitt zum Hineinlegen der Elektrode und der hintere Abschnitt zum Zurückhalten des Plungerkolbens und der Feder bestimmt ist, obwohl in vielen Ausführungsformen der Plungerkolben teilweise durch die Verjüngung in den vorderen Abschnitt der Hohlraums durchgeht, um im Eingriff mit der Elektrode zu sein. In einigen Ausführungsformen bildet der mittlere Streifen eine Öffnung, deren Querschnitt eine für den Durchgang des proximalen Endes der Elektrode ausreichende Grösse aufweist. Die Öffnung muss jedenfalls ausreichend gross sein, um einen erforderlichen Abstand zwischen der Elektrode und dem mittleren Streifen sicherzustellen. Ein derartiger Abstand wird dann dafür sorgen, dass ein für die Luftströmung erforderlicher Durchgang freigegeben wird. Die Lage des mittleren Streifens soll dabei derart ausgewählt sein, dass sowohl die Feder als auch der Plungerkolben innerhalb des Isolators angeordnet sind, die Feder (das biegsame Element) im zusammengedrückten Zustand gehalten wird und der Spalt zwischen dem Plungerkolben und dem mittleren Streifen eine beschränkte Gasströmung ermöglicht. Diese Gasströmung soll hierbei dann möglich sein, wenn die Elektrode in dem Brenner aufgenommen wird, sich in ihrer vorderen Stellung befindet und im Kontakt mit der Brennerdüse steht.In some embodiments, the means for maintaining the engagement of the contact element, the plunger, and the spring are at least partially realized by the construction of the insulator. In such embodiments, the insulator has a central strip of tapered cross-section which forms a passage and is tapered such that the plunger can not move therethrough. With this taper, moreover, the cavity is divided into two sections, the front section for inserting the electrode and the rear section for retaining the plunger and the spring, although in many embodiments the plunger is partially tapered into the front section of the cavity goes through to be in engagement with the electrode. In some embodiments, the middle strip forms an opening whose cross-section has a size sufficient for the passage of the proximal end of the electrode. In any case, the opening must be sufficiently large to ensure a required distance between the electrode and the middle strip. Such a distance will then ensure that a passage required for the air flow is released. The position of the middle strip should be selected such that both the spring and the plunger are disposed within the insulator, the spring (the flexible element) is held in the compressed state and the gap between the plunger and the middle strip a limited gas flow allows. This gas flow should in this case be possible when the electrode is received in the burner, is in its forward position and is in contact with the burner nozzle.
Es sind auch Mittel zur Aufrechterhaltung einer konsistenten hinteren Stellung der Elektrode vorgesehen. Eine derartige stabile Stellung der Elektrode ermöglicht während des Betriebs des Brenners, wenn dieser ein Plasma erzeugt, eine genaure Positionierung der Elektrode gegenüber der Düse durchzuführen, die den erwünschen Betriebsbedingungen entspricht und die Schwankungen des Volumens der Plasmakammer verhindert. Die detaillierte Ausführung dieser Mittel zur Aufrechterhaltung einer konsistenten hinteren Stellung der Elektrode hängt dabei von den verwendeten Elementen ab, die eine leitende Bahn zwischen dem Kontaktelement und der Elektrode in der unten erläuterten Art und Weise zur Verfügung stellen.Means are also provided for maintaining a consistent back position of the electrode. Such a stable position of the electrode, during operation of the torch, when it generates a plasma, allows accurate positioning of the electrode with respect to the nozzle, which meets the desired operating conditions and prevents fluctuations in the volume of the plasma chamber. The detailed design of this means of maintaining a The consistent rear position of the electrode depends on the elements used, which provide a conductive path between the contact element and the electrode in the manner explained below.
Die Mittel zur Gewährung einer leitfähigen Bahn zwischen dem Kontaktelement und der Elektrode, wenn sich die letztere in ihrer vorderen und in ihrer hinteren Stellung (d. h. in einer der oben definierten Stellungen) befindet, können unterschiedlicher Bauart sein, die teilweise von den betreffenden elektrischen Schaltplänen abhängig ist. Wenn das biegsame Element elektrisch leitfähig ist, wird es jedenfalls zumindest einen Anteil des durchfliessenden elektrischen Stroms führen, unabhängig von der jeweiligen Stellung der Elektrode.The means for providing a conductive path between the contact element and the electrode when the latter is in its forward and rearward positions (ie, in any of the above-defined positions) may be of different types, depending in part on the relevant electrical circuit diagrams is. In any case, if the flexible element is electrically conductive, it will carry at least a portion of the electrical current flowing through, regardless of the position of the electrode.
In einigen Ausführungsformen ist zwischen dem Kontaktelement und dem Plungerkolben ein leitfähiges Strangelement, wie beispielsweise in der Form einer verdrillten oder geflochtenen Draht- oder Kabelleitung (die zumindest teilweise nicht biegsam ist), angeschlossen, und zwar derart, dass es zumindest einen Anteil des durchfliessenden elektrischen Stroms führen kann. In solchen Fällen kann die richtige Auslegung des biegsamen Elementes sowie des leitfähiges Strangelementes eine ausreichende Stromzuführung für das Betreiben der Elektrode in den beiden Stellungen und zugleich eine ausreichende Elastizität des biegsamen Elementes gewähren. Dadurch kann ein zügiger Übergang zwischen der beiden Grenzstellungen der Elektrode während des Betriebs des Brenners sichergestellt werden. In diesen Fällen können die Mittel zur Aufrechterhaltung einer konsistenten hinteren Stellung der Elektrode auf zahlreiche Weisen gewährt werden. In einem Schema werden die Mittel zur Aufrechterhaltung einer konsistenten hinteren Stellung der Elektrode derart realisiert, dass das biegsame Element als eine Druckfeder ausgebildet ist, deren Grösse im Verhältnis zu den übrigen Elementen bewirkt, dass während Bewegung der Elektrode in ihre hintere Stellung der Plungerkolben mitgenommen wird. Dabei drückt der Plungerkolben die Windungen des biegsamen Elementes bis zum gegenseitigen Anschlag zusammen. Die derart zusammengedrückte Feder dient dann als ein steifer, nicht mehr zusammendrückbarer Zylinder, der den Bereich der Rückwärtsbewegung der Elektrode einschränkt. In einer alternativen Ausführungsform, wo sich das leitfähige Strangelement in einem von dem biegsamen Element (bzw. von dessen Windungen) definierten Bereich befindet, kann das leitfähige Strangelement in der Form eines zusammenfaltbaren Strangs vorliegen und somit eine zwischen dem Kontaktelement und dem Plungerkolben angeordnete Masse bilden.In some embodiments, a conductive strand element, such as in the form of a twisted or braided wire or cable line (which is at least partially non-flexible), is connected between the contact element and the plunger, such that it has at least a portion of the electrical current flowing therethrough Current can lead. In such cases, the correct design of the flexible element and of the conductive strand element can provide a sufficient current supply for the operation of the electrode in the two positions and at the same time a sufficient elasticity of the flexible element. This can ensure a smooth transition between the two limit positions of the electrode during operation of the burner. In these cases, the means for maintaining a consistent posterior position of the electrode can be afforded in numerous ways. In one scheme, the means for maintaining a consistent back position of the electrode are realized such that the flexible element is formed as a compression spring whose size relative to the other elements causes the plunger to be entrained during movement of the electrode to its rearward position , The plunger compresses the turns of the flexible element together until it hits each other. The thus compressed spring then serves as a rigid, non-compressible cylinder which restricts the range of backward movement of the electrode. In an alternative embodiment, where the conductive strand element is in a region defined by the flexible element (s), the conductive strand element may be in the form of a collapsible strand and thus form a mass disposed between the contact element and the plunger ,
In vielen Ausführungsformen wird der elektrische Strom der sich in ihrer hinteren Stellung befindende Elektrode zumindest teilweise entlang einer direkten Strecke zwischen dem Kontaktelement und dem Plungerkolben zugeführt. In solchen Fällen kann der Anliegekontakt zwischen der vorderen Kontaktfläche des Kontaktelementes und der hinteren Fläche des Plungerkolbens auch mit Mitteln zur Aufrechterhaltung einer konsistenten hinteren Stellung der Elektrode ergänzt werden. In einem ähnlichen Schema können die Mittel zur Aufrechterhaltung einer konsistenten hinteren Stellung der Elektrode durch einen Anliegekontakt mit einem Isolator gewährt werden, der zwischen der hinteren Fläche des Plungerkolbens und der vorderen Kontaktfläche des Kontaktelementes geschaltet ist. In solchen Fallen dürfte jedoch eine alternative leitende Bahn, wie beispielsweise ein leitfähiges Strangelement der oben beschriebenen Art erforderlich sein, um eine ausreichende Stromzufuhr zu gewährleisten. Die Verwendung eines Isolator kann den Einbau eines kleineren Plungerkolbens möglich machen, wodurch im Fall eines aus Silber hergestellten Plungerkolbens die Fertigungskosten gesenkt werden können. Der Isolator ist vorteilhafterweise entweder mit dem Kontaktelement oder mit dem Plungerkolben verbunden. Die Verbindung kann dann beispielsweise als ein Klemmsitz oder als eine Hochtemperatur-Klebestelle ausführbar sein.In many embodiments, the electrical current is supplied to the electrode located in its rearward position at least partially along a direct path between the contact element and the plunger. In such cases, the abutting contact between the front contact surface of the contact element and the rear surface of the plunger may also be supplemented with means for maintaining a consistent back position of the electrode. In a similar scheme, the means for maintaining a consistent back position of the electrode may be afforded by abutting contact with an insulator connected between the back surface of the plunger and the front contact surface of the contact element. In such cases, however, an alternative conductive path, such as a conductive strand of the type described above, may be required to provide adequate power. The use of an insulator can make it possible to install a smaller plunger, which can reduce manufacturing costs in the case of a plunger made of silver. The insulator is advantageously connected either to the contact element or to the plunger. The connection can then be made, for example, as a press fit or as a high temperature splice.
Übersicht der Abbildungen in den ZeichnungenOverview of the figures in the drawings
Die – sind Schnittdarstellungen, die eine Baugruppe zur Aufnahme einer Elektrode in einem Kontaktstart-Plasmalichtbogenbrenner zeigen, wobei die Baugruppe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht. zeigt die Baugruppe, die in einen Brenner eingebaut ist und deren Isolator zumindest teilweise in einem Hohlraum des Brenners aufgenommen ist, wobei in dem Isolator die übrigen Elemente der Baugruppe zumindest teilweise untergebracht sind. In der dargestellten Stellung drückt der Isolator ein Kontaktelement gegen eine stromführende Kathode des Brenners. zeigt die Baugruppe in ihrer vorderen Stellung, in der sie die Brennerdüse berührt.The - 10 are sectional views showing an assembly for receiving an electrode in a contact-starting plasma arc torch, the assembly corresponding to an embodiment of the present invention. shows the assembly, which is installed in a burner and the insulator is at least partially received in a cavity of the burner, wherein in the insulator, the remaining elements of the assembly are at least partially housed. In the illustrated position, the insulator presses a contact element against a current-carrying cathode of the burner. shows the assembly in its forward position, in which it touches the burner nozzle.
zeigt die Baugruppe nach in dem teilweise zerlegten Zustand, in welchem sich die Einzelteile nach dem Herausnehmen aus dem Brenner befinden. Die Elektrode weist ein proximales Ende auf, dessen hintere Abschlussoberfläche konkav ausgeformt ist und mit der vorderen Kontaktfläche des Plungerkolbens fluchtet. Der Plungerkolben steht wiederum im Eingriff mit einem biegsamen Element, das den Plungerkolben und die Elektrode vorspannt und somit vorwärts gegen das Kontaktelement drückt, welches an dem Isolator angebracht ist. shows the module after in the partially disassembled state, in which the items are after removal from the burner. The electrode has a proximal end whose rear end surface is concave and is aligned with the front contact surface of the plunger. The plunger, in turn, engages a flexible member which biases the plunger and the electrode and thus pushes forward against the contact member attached to the insulator.
zeigt die Baugruppe nach den und in einem Betriebszustand, den sie eingenommen hat, nachdem die Elektrode von dem Gasdruck in ihre hintere Stellung zwangsweise verschoben worden war. In dieser hinteren Stellung ist die Elektrode von der Düse beabstandet, um einen Lichtbogen zu erzeugen, wobei der in der Zeichnung dargestellte Abstand zwischen diesen beiden Stellungen anschaulichkeitshalber übertrieben ist. Wenn sich die Elektrode nach dieser Ausführungsform in ihrer in dargestellten vorderen Stellung befindet, fliesst der elektrische Strom von dem Kontaktelement zu der Elektrode durch das biegsame Element und durch den Plungerkolben, wobei er auch direkt aus dem Kontaktelement ausgeht und durch den Plungerkolben fliesst, wenn sich die Elektrode in ihrer in dargestellten Stellung befindet, wo die Oberflächen des Kontaktelementes und des Plungerkolbens im gemeinsamen Kontakt sind. Der gemeinsame Kontakt zwischen diesen Oberflächen dient in dieser Ausführungsform auch zur Aufrechterhaltung einer konsistenten hinteren Stellung der Elektrode. shows the module after the and in an operating condition which it has assumed after the electrode forcibly moves from the gas pressure to its rear position had been postponed. In this rear position, the electrode is spaced from the nozzle to create an arc, with the distance between these two positions shown in the drawing being exaggerated for illustrative purposes. When the electrode according to this embodiment is in its in The electric current flows from the contact element to the electrode through the flexible element and through the plunger, wherein it also emanates directly from the contact element and flows through the plunger when the electrode is in its in shown position, where the surfaces of the contact element and the plunger are in common contact. The common contact between these surfaces also serves in this embodiment to maintain a consistent back position of the electrode.
ist eine Schnittdarstellung, die eine Ausführungsform zeigt, die der in dargestellten Ausführung ähnlich ist, jedoch mit einer Ausnahme, die darin besteht, dass die Baugruppe ein leitfähiges Strangelement umfasst, das den elektrischen Strom zwischen dem Kontaktelement und dem Plungerkolben führt und somit eine erhöhte Kapazität für die Stromzufuhr gewährt, die für die Elektrode erforderlich ist. In dieser Ausführungsform liegen der Plungerkolben und das Kontaktelement aneinander an, wenn sich die Elektrode in ihrer hinteren Stellung befindet, wodurch eine unwandelbare hintere Stellung der Elektrode sichergestellt wird. is a sectional view showing an embodiment, the in is similar, but with one exception, in that the assembly comprises a conductive strand element which conducts the electrical current between the contact element and the plunger and thus provides an increased capacity for the power supply required for the electrode. In this embodiment, the plunger and the contact element abut each other when the electrode is in its rear position, whereby a non-reversible rear position of the electrode is ensured.
zeigt, ebenfalls in einer Schnittdarstellung, eine weitere Ausführungsform, die wiederum ähnlich der Ausführungsform nach ist, unterscheidet sich jedoch von ihr dadurch, dass hierbei ein isolierendes Element vorgesehen ist, das zwischen dem Plungerkolben und dem Kontaktelement untergebracht ist und somit die hintere Stellung und auch die Länge der Plasmakammer definiert. shows, also in a sectional view, another embodiment, which in turn is similar to the embodiment of FIG is, but differs from her in that here an insulating element is provided, which is housed between the plunger and the contact element and thus defines the rear position and also the length of the plasma chamber.
ist wiederum eine Schnittdarstellung, die eine der nach ähnliche Ausführungsform zeigt. In dieser Ausführungsform ist jedoch das leitfähige Strangelement innerhalb eines durch die Windungen des biegsamen Elementes abgegrenzten Raums untergebracht. again is a sectional view, which is one of the similar embodiment shows. In this embodiment, however, the conductive strand element is housed within a space defined by the turns of the flexible element.
Die bis sind Schnittdarstellungen, die eine weitere Ausführungsform zeigen, die in vielen Merkmalen den Ausführungsformen nach den bis ähnlich ist. Es gibt jedoch einen Unterschied, der darin besteht, dass hierbei kein Reibsitz (d. h. keine Schrumpfpassung) zum Zurückhalten der Elemente innerhalb des Isolators nach dem Herausnehmen der Elektrode erforderlich ist. zeigt diese Ausführungsform in einem Zustand, den die erfindungsgemässe Baugruppe einnimmt, bevor die Elektrode in den Kontakt mit dem Plungerkolben gebracht wird, wobei die Elektrode noch nicht völlig in den Isolator eingeschoben worden ist. Der Isolator weist einen mittleren Streifen auf, der den Durchgangskanal in zwei Abschnitte einteilt, die von einer vorderen Kammer, in die die Elektrode einschiebbar ist, und einer hinteren Kammer, in der das biegsame Element und der Plungerkolben aufgenommen sind, gebildet werden. Der mittlere Streifen weist eine Öffnung mit verringertem Querschnitt auf, wobei diese Öffnung derart ausgelegt ist, dass sie den Durchgang des Plungerkolbens verhindert und somit sicherstellt, dass das biegsame Element und der Plungerkolben in ständigem gemeinsamen Kontakt bleiben. In dieser Ausführungsform ist der Plungerkolben zudem mit einer Ansatz versehen, mittels dessen er von dem mittleren Streifen zurückgehalten wird. Ein der Vorteile dieser Anordnung des Isolators und des Plungerkolbens besteht darin, dass sie die Wirksamkeit der Kühlung weiter erhöht, indem sie die Strömung des Kühlgases entlang der Oberfläche des Plungerkolbens verstärkt.The to are sectional views showing a further embodiment, which in many features the embodiments of the to is similar. However, there is a difference in that there is no need for a friction fit (ie, no shrink fit) for retaining the elements within the insulator after the removal of the electrode. shows this embodiment in a state that assumes the inventive assembly before the electrode is brought into contact with the plunger, the electrode has not yet been fully inserted into the insulator. The insulator has a central strip which divides the passageway into two sections which are formed by a front chamber in which the electrode is insertable and a rear chamber in which the flexible element and the plunger are received. The central strip has an opening of reduced cross-section, which opening is designed to prevent the passage of the plunger, thus ensuring that the flexible element and the plunger remain in constant common contact. In this embodiment, the plunger is also provided with a lug, by means of which it is retained by the central strip. One of the advantages of this arrangement of insulator and plunger is that it further increases the efficiency of cooling by increasing the flow of cooling gas along the surface of the plunger.
zeigt dieselbe Ausführungsform, die in dargestellt ist, jedoch mit einem Unterschied, der darin besteht, dass hierbei die Elektrode und der Plungerkolben in vollem gemeinsamen Eingriff stehen. Der verringerte Querschnitt des Isolators muss derart ausgelegt werden, dass er den Durchgang des Plungerkolbens verhindert. Die Grösse des verringerten Querschnittes ist daher in dieser Ausführungsform derart gewählt, dass hierdurch das proximale Ende der Elektrode durchgehen kann, nachdem die Elektrode hierher unter der Einwirkung des Gasdrucks zurückgedrückt wurde. Der Querschnitt muss allerdings gleichzeitig ausreichend gross sein, um einen entsprechenden Abstand zwischen der Elektrode und der Öffnung sicherzustellen, sodass während des Betriebs das Gas um die Elektrode herumströmt, wenn sich diese in ihrer hinteren Stellung befindet. In dieser Ausführungsform kann ein Abschnitt des Plungerkolbens dem mittleren Streifen vorgeschaltet sein, um beim Wechseln der Elektrode die gegenseitige Ausrichtung der Elektrode und des Plungerkolbens zu erleichtern. shows the same embodiment, which in is shown, but with a difference in that in this case the electrode and the plunger are in full joint engagement. The reduced cross-section of the insulator must be designed such that it prevents the passage of the plunger. The size of the reduced cross-section is therefore selected in this embodiment such that the proximal end of the electrode can pass therethrough after the electrode has been pushed back here under the action of the gas pressure. However, the cross-section must be sufficiently large at the same time to ensure a suitable distance between the electrode and the opening, so that during operation the gas flows around the electrode when it is in its rear position. In this embodiment, a portion of the plunger may be upstream of the central strip to facilitate mutual alignment of the electrode and the plunger when changing the electrode.
zeigt dieselbe Ausführungsform, die in den und dargestellt ist, und zwar in dem Zustand, der eingenommen wird, nachdem die Elektrode durch den verringerten Querschnitt des mittleren Streifens des Isolators durchgegangen ist und in den Eingriff mit dem Kontaktelement gebracht wurde. shows the same embodiment, which in the and is shown, in the state which is taken after the electrode has passed through the reduced cross section of the central strip of the insulator and has been brought into engagement with the contact element.
Die und zeigen eine Ausführungsform, die der in den bis dargestellten Ausführungsform ähnlich ist, jedoch mit einem Unterschied, der darin besteht, dass hierbei die vordere Oberfläche des Plungerkolbens derart erweitert ist, dass sie in dem verringerten Querschnitt des mittleren Streifens des Isolators aufgefangen werden kann, ohne dafür mit einem mit den vorhergehenden Ausführungsformen vergleichbaren Ansatz versehen sein müssen. Diese erweiterte Oberfläche sollte dabei eine problemlose Gasströmung durch den verringerten Querschnitt in einen stromaufwärts des Plungerkolbens liegenden Raum sicherstellen.The and show an embodiment that in the to similar embodiment, but with a difference in that in this case the front surface of the plunger is expanded so that they are absorbed in the reduced cross section of the central strip of the insulator can, without having to be provided with a comparable with the previous embodiments approach. This extended surface should thereby ensure a smooth gas flow through the reduced cross-section in a space lying upstream of the plunger.
ist eine Schnittdarstellung, die eine Ausführungsform zeigt, die der in den bis dargestellten Ausführungsform ähnlich ist, jedoch mit einem Unterschied, der darin besteht, dass die Elektrode eine unebene Abschlussoberfläche, die als ein konvexer Stumpfkegel ausgeformt ist, und dass der Plungerkolben eine unebene vordere Kontaktfläche aufweist, die als eine mit der konvexen Oberfläche der Elektrode fluchtende konkave kegelförmige Aushöhlung ausgeformt ist. is a sectional view showing an embodiment that in the to similar to that shown, but with a difference in that the electrode has an uneven end surface shaped as a convex frustum and that the plunger has an uneven front contact surface which is concave with the convex surface of the electrode cone-shaped cavity is formed.
Die bis zeigen eine Ausführungsform, die der in den bis dargestellten Ausführungsform ähnlich ist, jedoch mit einem Unterschied, der darin besteht, dass hierbei der Plungerkolben derart angeordnet ist, dass er im Eingriff mit dem Kontaktelement steht, um die Rückbewegung der Elektrode zu verhindern, bevor das proximale Ende derselben in den Bereich der Öffnung zwischen dem vorderen Abschnitt und dem hinteren Abschnitt des Durchgangskanals gelangt. In dieser Ausführungsform ist des Weiteren ein Wirbelring vorgesehen, der als ein separates Einzelteil ausgebildet ist, statt als ein untrennbarer Bestandteil des Isolators vorzuliegen.The to show an embodiment that in the to 1, but with a difference in that in this case the plunger is arranged such that it is in engagement with the contact element to prevent the return movement of the electrode before the proximal end thereof in the region of the opening between the front portion and the rear portion of the passage channel passes. In this embodiment, further, a swirl ring is provided which is formed as a separate item instead of being an inseparable part of the insulator.
und zeigen eine Ausführungsform, die der in den bis dargestellten Ausführungsform ähnlich ist, jedoch mit einem Unterschied, der darin besteht, dass die Geometrie de Elektrode derart ausgelegt ist, dass das proximale Ende der Elektrode einen Querschnitt aufweist, der grösser ist als der Querschnitt der Öffnung, um dadurch den Durchgang der Elektrode durch die Öffnung zwischen dem vorderen Abschnitt und dem hinteren Abschnitt des Durchgangskanals unabhängig von einem Eingriff mit dem Plungerkolben zu verhindern. and show an embodiment that in the to similar embodiment, but with a difference in that the geometry of the electrode is designed so that the proximal end of the electrode has a cross section which is greater than the cross section of the opening, thereby the passage of the electrode through the Prevent opening between the front portion and the rear portion of the passageway regardless of engagement with the plunger.
Beschreibung der vorteilhaften AusführungsformenDescription of the advantageous embodiments
Die bis sind Schnittdarstellungen, welche die Baugruppe 100 zur Aufnahme einer Elektrode in einem Kontaktstart-Plasmalichtbogenbrenner 102 zeigen, wobei der letztere nur teilweise dargestellt ist. Der Brenner 102 kann ähnlich wie die in den Patentschriften U.S. 8,035,055 und 8,115,136 beschriebenen Brenner ausgebildet sein, wobei die erfindungsgemässe Baugruppe 100 zur Aufnahme einer Elektrode eine herkömmliche Konstruktion zur Aufnahme einer Elektrode und zur Stromzuführung für dieselbe ersetzt. Der Brenner 102 umfasst die Kathode 104 (dargestellt in ), die als eine stromführende Kathode ausgebildet ist, in Verbindung mit einer Stromquelle (nicht dargestellt) steht und die eine leitfähige Oberfläche 106 für den Kontakt mit einer herkömmlichen Elektrode aufweist. Die Kathode 104 ist in dem Körper 108 des Brenners eingebaut. Der Körper 108 ist dabei mit der Aussparung 110 für die Unterbringung eines herkömmlichen isolierten Wirbelrings versehen. Die Düse 112 kann an dem Isolator sowie an dem Körper 108 des Brenners 102 mittels des auf den Körper 108 des Brenners 102 aufzuschraubenden Sperrglieds 114 angebracht sein.The to are sectional views showing the assembly 100 for receiving an electrode in a contact-starting plasma arc torch 102 show, the latter is shown only partially. The burner 102 can be similar to those in the patents US 8,035,055 and 8,115,136 be formed burner described, wherein the inventive assembly 100 to accommodate an electrode replaces a conventional construction for receiving an electrode and supplying power thereto. The burner 102 includes the cathode 104 (shown in ), which is formed as a current-carrying cathode, in communication with a power source (not shown) and which is a conductive surface 106 for contact with a conventional electrode. The cathode 104 is in the body 108 built in the burner. The body 108 is there with the recess 110 provided for the accommodation of a conventional isolated vortex ring. The nozzle 112 can be on the insulator as well as on the body 108 of the burner 102 by means of the on the body 108 of the burner 102 aufzuschraubenden locking member 114 to be appropriate.
Die Baugruppe 100 umfasst auch den Isolator 116, der derart untergebracht ist, dass er auf die Kathode 104 gleitend aufgesteckt und in der Aussparung 110 des Brenners 102 anstatt eines herkömmlichen Wirbelrings/Isolators aufgenommen werden kann. Ist das Sperrglied 114 an dem Körper 108 des Brenners angebracht, dann wird der Isolator 116 dadurch zurückgehalten, dass er im Eingriff mit der Düse steht. Der Isolator 116 umfasst ein System von Durchgangskanälen 117 für die Verwirbelung des Gases, die in der selben Art und Weise wie bei einem herkömmlichen isolierten Wirbelring angeordnet sind, unterscheidet sich jedoch von herkömmlichen isolierten Wirbelringen dadurch, dass er den Hohlraum 118 (am besten ersichtlich in ) für ein Kontaktelement enthält, dieser Hohlraum wird nachfolgend näher beschrieben werden. Der Isolator 116 kann in der Aussparung 110 des Brenners durch den Druck des in dem Isolator 116 zusammen mit der Kathode 104 eingeschobenen O-Rings 119 zurückgehalten werden.The assembly 100 also includes the insulator 116 which is housed so that it is on the cathode 104 sliding attached and in the recess 110 of the burner 102 instead of a conventional vortex ring / insulator can be added. Is the locking member 114 on the body 108 the burner is attached, then the insulator 116 retained by being in engagement with the nozzle. The insulator 116 includes a system of passageways 117 however, the turbulence of the gas, which is arranged in the same manner as a conventional isolated vortex ring, differs from conventional isolated vortex rings in that it occupies the cavity 118 (best seen in ) contains for a contact element, this cavity will be described in more detail below. The insulator 116 can in the recess 110 of the burner by the pressure of the insulator 116 together with the cathode 104 inserted O-rings 119 be withheld.
Der Isolator 116 dient als ein Bestandteil der Konstruktion für die Positionierung der Elektrode 120 und für die Zuführung des elektrischen Stroms der Elektrode 120, die die Längsachse 122 aufweist und aus einem leitfähigen Werkstoff, wie beispielsweise aus Kupfer, hergestellt ist. Die Elektrode 120 ist, gegenüber dem Isolator 116, zwischen ihrer vorderen Stellung (dargestellt in ) und ihrer hinteren Stellung (dargestellt in ) bewegbar. Die Elektrode 120 ist an ihrem distalen Ende 124 (das in kenntlich gemacht ist) von dem strahlenden Element 126 und an ihrem proximalen Ende 128 von der unebenen hinteren Abschlussoberfläche 130 abgegrenzt. In dieser Ausführungsform weist die Elektrode 120 die wendelförmige Rippe 132 auf, die die Wärmeableitung unterstützt und somit die Wirksamkeit der Kühlung der Elektrode 120 erhöht. Die Elektrode bildet ein selbstständiges Element, das unabhängig von dem Eingriff mit anderen Teilen ist, so dass sie einfach herausgenommen werden kann, nachdem das Sperrglied 114 und die Düse 112 von dem Körper 108 des Brenners abgeschraubt worden sind. Das Herausnehmen der Elektrode 120 ist derart durchführbar, dass die restlichen Bestandteile der Baugruppe 100 unberührt bleiben.The insulator 116 serves as a component of the design for the positioning of the electrode 120 and for the supply of the electric current of the electrode 120 that the longitudinal axis 122 and made of a conductive material, such as copper. The electrode 120 is, opposite the insulator 116 , between their front position (shown in ) and its rear position (shown in FIG ) movable. The electrode 120 is at its distal end 124 (this in indicated) of the radiating element 126 and at its proximal end 128 from the uneven rear finish surface 130 demarcated. In this embodiment, the electrode 120 the helical rib 132 on, which supports the heat dissipation and thus the effectiveness of the cooling of the electrode 120 elevated. The electrode forms a self-contained element that is independent of engagement with other parts so that it can be easily removed after the locking member 114 and the nozzle 112 from the body 108 the burner have been unscrewed. The removal of the electrode 120 is so feasible that the remaining components of the assembly 100 remain untouched.
Die hintere Abschlussoberfläche 130 der Elektrode 120 ist konkav ausgeformt und bildet somit einen Hohlraum. In dieser Ausführungsform ist die hintere Abschlussoberfläche 130 symmetrisch bezüglich der Längsachse 122 angeordnet und mit dem proximalen Ende 128 abgegrenzt. Der Querschnitt der hinteren Abschlussoberfläche 130 der Elektrode 120 erweitert sich dabei in der Richtung des proximalen Endes 128 der Elektrode. Innerhalb der Baugruppe 100 hat die hintere Abschlussoberfläche 130 der Elektrode 120 die stumpfkegelige Form, wobei es sich um eine kontinuierlich verlaufende Fläche handelt. Der die hintere Abschlussoberfläche 130 der Elektrode 120 definierende kegelförmige Abschnitt kann durch die Rotation einer Strecke um die Längsachse 122 ausgebildet sein, wobei diese Strecke derart geneigt gegenüber der Längsachse 122 ist, dass sie einen Kegel mit dem Scheitelwinkel α in dem Bereich zwischen 16° und 60°, vorzugsweise in dem Bereich zwischen 40° und 60°, definiert. Ein Scheitelwinkel, dessen Grösse ungefähr 50° beträgt, gewährt die erforderliche Kontaktfläche. Der Winkel α ist dabei derart ausreichend ausgelegt, dass er die Anforderungen an die notwendige Toleranz des genauen Sitzes (in der Längsrichtung) des in der hinteren Abschlussoberfläche 130 der Elektrode 120 aufzunehmenden Bauteils vermindert, wie sich der nachfolgenden nähern Beschreibung entnehmen lässt. The rear end surface 130 the electrode 120 is concave and thus forms a cavity. In this embodiment, the rear end surface is 130 symmetrical with respect to the longitudinal axis 122 arranged and with the proximal end 128 demarcated. The cross section of the rear end surface 130 the electrode 120 widens in the direction of the proximal end 128 the electrode. Inside the assembly 100 has the rear end surface 130 the electrode 120 the frustoconical shape, which is a continuous surface. The the rear end surface 130 the electrode 120 defining conical section can be defined by the rotation of a path around the longitudinal axis 122 be formed, this route being inclined relative to the longitudinal axis 122 in that it defines a cone with the vertex angle α in the range between 16 ° and 60 °, preferably in the range between 40 ° and 60 °. An apex angle, the size of which is approximately 50 °, provides the required contact area. The angle α is sufficiently designed to meet the requirements for the required tolerance of the exact seat (in the longitudinal direction) of the in the rear end surface 130 the electrode 120 aufzunehmenden component is reduced, as can be seen from the following description.
Die Baugruppe 100 zur Aufnahme der Elektrode 120 umfasst auch den Plungerkolben 136, der ebenfalls aus einem stark leitfähigen Werkstoff hergestellt ist. Der Plungerkolben 136 kann in dieser Ausführungsform aus Silber oder aus einer Silberlegierung hergestellt sein, wodurch eine hohe thermische sowie elektrische Leitfähigkeit zwischen dem Plungerkolben und den an ihm anliegenden Bauteilen gewährleistet wird. Der Plungerkolben 136 weist auch den vorderen Abschnitt 138 (der wiederum in kenntlich gemacht ist) mit der unebenen vorderen Kontaktfläche 139 sowie den hinteren, von der hinteren Fläche 142 abgeschlossenen Abschnitt 140 (am besten in ersichtlich) auf. Die vordere Kontaktfläche 139 des Plungerkolbens 136 ist dabei derart ausgestaltet, dass sie in der hinteren Abschlussoberfläche 130 der Elektrode 120 aufgenommen werden kann. Das bedeutet, dass die vordere Kontaktfläche 139 konkav ist und in dieser Ausführungsform eine stumpfkegelige Form aufweist. Obwohl die dargestellten Flächen eine kegelige Form aufweisen (vgl. 130, 139), können auch anderweitige Flächen verwendet werden. Diese ineinander passenden unebenen Oberflächen sollten die thermische sowie elektrische Leitfähigkeit im Vergleich zu ebenen Oberflächen verbessern, und zwar dank einer vergrösserten Kontaktfläche. Damit die Elektrode 120 in den Eingriff mit dem Plungerkolben 136 gebracht werden kann, sollten die Kontaktflächen derart angeordnet sein, dass dabei alle Hindernisse beseitigt werden, die der gegenseitigen Bewegung beider Bestandteile in der Richtung der Längsachse im Weg stehen könnten. Die kegelförmigen Oberflächen (vgl. 130, 139) sollten einen Scheitelwinkel α des betreffenden Kegels einschliessen, der die Grösse von mindestens 16° hat. Ein derartiger Winkel sollte die gegenseitige Verklemmung der Bestandteile verhindern und zugleich unebene, gegenseitig lösbar eingreifende Oberflächen gewähren, die beim Herausnehmen der zu wechselnden Elektrode 120 einfach ausser Kontakt gebracht werden können.The assembly 100 for receiving the electrode 120 also includes the plunger 136 , which is also made of a highly conductive material. The plunger 136 may be made in this embodiment of silver or of a silver alloy, whereby a high thermal and electrical conductivity between the plunger and the adjacent components is ensured. The plunger 136 also has the front section 138 (in turn indicated) with the uneven front contact surface 139 as well as the rear, from the rear surface 142 completed section 140 (best in apparent). The front contact surface 139 of the plunger 136 is designed such that it is in the rear end surface 130 the electrode 120 can be included. That means the front contact surface 139 is concave and in this embodiment has a frustoconical shape. Although the illustrated surfaces have a conical shape (see. 130 . 139 ), other surfaces can also be used. These mating uneven surfaces should improve thermal and electrical conductivity compared to flat surfaces, thanks to an increased contact area. So that the electrode 120 into engagement with the plunger 136 can be brought, the contact surfaces should be arranged so that all obstacles are eliminated, which could stand in the way of the mutual movement of both components in the direction of the longitudinal axis. The conical surfaces (cf. 130 . 139 ) should include a vertex angle α of the cone in question which is at least 16 °. Such an angle should prevent the mutual jamming of the components and at the same time grant uneven, mutually releasably engaging surfaces when removing the electrode to be changed 120 can simply be brought out of contact.
Für den Fall, dass die aufgefangene Luft Probleme verursachen kann, ist der in dem Plungerkolben 136 ausgebildete Durchgangskanal 144 vorgesehen, der beispielsweise als eine Bohrung ausgeführt werden kann und der sich zwischen dem vorderen Abschnitt 138 und der hinteren Fläche 142 des Plungerkolbens 136 erstreckt, um das Ausströmen der zwischen der vorderen Kontaktfläche 139 des Plungerkolbens 136 und der hinteren Abschlussoberfläche 130 der Elektrode 120 aufgefangenen Luft zu ermöglichen. Es können allerdings auch andere Mittel für das Ausströmen der aufgefangenen Luft verwendet werden, wie beispielsweise eine oder mehrere Nuten, die in einer der ineinander passenden Oberflächen (vgl. 130, 139) bzw. in beiden Oberflächen ausgebildet werden können.In the event that the trapped air can cause problems, that is in the plunger 136 trained passageway 144 provided, for example, can be performed as a bore and located between the front section 138 and the back surface 142 of the plunger 136 extends to the outflow of between the front contact surface 139 of the plunger 136 and the rear end surface 130 the electrode 120 to allow trapped air. However, other means for the outflow of the trapped air may be used, such as one or more grooves in one of the mating surfaces (see. 130 . 139 ) or in both surfaces can be formed.
Ein aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff hergestellte Kontaktelement 146 ist an dem Isolator 116 angebracht, wobei es in dem für die Unterbringung von Kontaktelementen vorgesehenen Hohlraum aufgenommen wird; vorzugsweise kann das Kontaktelement 146 in den Isolator 116 eingepresst sein.A contact element made of an electrically conductive material 146 is on the insulator 116 mounted, being received in the space provided for the accommodation of contact elements cavity; Preferably, the contact element 146 in the insulator 116 be pressed.
Das Kontaktelement 146 umfasst ein System von Durchgangskanälen 148 für Gas und weist eine vordere Kontaktfläche 150 und eine hintere Kontaktfläche 152 auf. Das Kontaktelement 146 ist dabei derart ausgelegt, dass wenn der Isolator 116 in der Aussparung 110 des Brenners mittels der Düse 112 und des Sperrglieds 114 aufgenommen ist, wird die hintere Kontaktfläche 152 gegen die Oberfläche 106 zur Übertragung des elektrischen Stroms von der Kathode 104 gedrückt. Dieser von der Einwirkung des Drucks bedingte zwangsläufige Eingriff gewährt einen verbesserten Kontakt mit der Kathode 104 im Vergleich zu den meisten in den Patentschriften '055 und '136 offenbarten Ausführungsformen, die darauf angewiesen sind, dass solcher Druck von einer Feder ausgeübt wird. Die vordere Kontaktfläche 150 ist auf dem vorderen Kontaktabschnitt 154 des Kontaktelementes 146 ausgebildet.The contact element 146 includes a system of passageways 148 for gas and has a front contact surface 150 and a rear contact surface 152 on. The contact element 146 is designed such that when the insulator 116 in the recess 110 of the burner by means of the nozzle 112 and the locking member 114 is absorbed, the rear contact surface 152 against the surface 106 for transmitting the electric current from the cathode 104 pressed. This positive engagement due to the action of pressure provides improved contact with the cathode 104 compared to most in the patents '055 and '136 disclosed embodiments which rely on such pressure being exerted by a spring. The front contact surface 150 is on the front contact section 154 of the contact element 146 educated.
Zwischen dem Plungerkolben 136 und dem Kontaktelement 146 befindet sich ein biegsames Element 156. In dem vorliegenden Fall ist das biegsame Element 156 als eine gewickelte Feder ausgebildet. Das biegsame Element 156 steht im Eingriff mit dem hinteren Abschnitt 140 des Plungerkolbens 136 sowie mit dem vorderen Kontaktabschnitt 154. Es dient dabei zu der Aufrechterhaltung des Kontaktes zwischen dem Plungerkolben 136 und der hinteren Abschlussoberfläche 130 der Elektrode 120, wenn sich die Elektrode 120 innerhalb des Brenners 102 befindet, wo sie mittels der Düse zurückgehalten wird. Das biegsame Element 156 soll also die Elektrode 120 in ihre vordere Stellung zwängen, die in dargestellt ist. Wenn sich die Elektrode 120 in dieser Stellung befindet, ermöglicht deren gegenseitiger Kontakt mit der Düse den Durchgang des elektrischen Stroms durch sowohl die Elektrode 120 als auch die Düse 122, wodurch die Schliessung des Stromkreises bewirkt wird. Anschliessend wird durch den Isolator 116 das Gas zugeführt, dessen Druck in dem von der Düse 112 und dem distalen Ende 124 der Elektrode 120 abgegrenzten Raum wirkt; dieser Druck zwängt dann die Elektrode 120 zurück gegen die Druckkraft des biegsamen Elementes 156 in ihre hintere Stellung, die in dargestellt ist (wobei die Entfernung, um welche die Elektrode 120 verschoben wird, in der Abbildung anschaulichkeitshalber übertrieben ist). Dadurch, dass die Elektrode 120 von der Düse 112 weggedrückt wird, entsteht zwischen den beiden Bauteilen ein Lichtbogen, der das in dem abgegrenzten Raum aufgefangene Gas erwärmt und somit die Bildung des Plasmas bewirkt. Der das distale Ende 124 der Elektrode umgebende Bereich dient dabei als eine Plasmakammer. Die Rückbewegung der Elektrode 120 verschiebt den Plungerkolben 136, der im Eingriff mit der Elektrode 120 steht. Dieser Plungerkolben 136 wird dadurch in der Richtung zu dem Kontaktelement 146 hin weggedrückt, wobei er wiederum einen Druck ausübt, der das biegsame Element 156 zusammendrückt. In dieser Ausführungsform sind des Weiteren Mittel zur Aufrechterhaltung des Kontaktes zwischen dem Plungerkolben 136, dem biegsamen Element 156 und dem Kontaktelement 146 vorgesehen. Die Realisierung dieser Mittel besteht hierbei darin, dass der hintere Abschnitt 140 des Plungerkolbens 136 und der vordere Kontaktabschnitt 154 des Kontaktelementes 146 derart angeordnet sind, dass sie sich im Reibeingriff mit dem biegsamen Element 156 (infolge eines Klemmsitzes) befinden. Das biegsame Element 156 befindet sich also im Reibeingriff sowohl mit dem Plungerkolben 136 als auch mit dem Kontaktelement 146. Die dabei entstehende Reibkraft ist ausreichend gross, damit der Plungerkolben 136 in dessen bestehenden Stellung innerhalb des Isolators 116 und somit auch innerhalb der Aussparung 110 des Brenners 102 zurückgehalten wird, wenn sich der Brenner 102 nach dem Herausnehmen der Elektrode 120 im geöffneten Zustand befindet.Between the plunger 136 and the contact element 146 there is a flexible element 156 , In the present case, the flexible element 156 formed as a wound spring. The flexible element 156 is engaged with the rear section 140 of the plunger 136 as well as with the front contact section 154 , It serves to maintain the contact between the plunger 136 and the rear end surface 130 the electrode 120 when the electrode is 120 inside the burner 102 located where it is retained by means of the nozzle. The flexible element 156 So should the electrode 120 squeeze into their forward position, the in is shown. When the electrode 120 In this position, their mutual contact with the nozzle allows the passage of electrical current through both the electrode 120 as well as the nozzle 122 , whereby the closing of the circuit is effected. Subsequently, by the insulator 116 the gas supplied, the pressure in which from the nozzle 112 and the distal end 124 the electrode 120 delimited space acts; this pressure then forces the electrode 120 back against the compressive force of the flexible element 156 in their rear position, the in is shown (wherein the distance to which the electrode 120 is moved, in the figure for the sake of clarity is exaggerated). By doing that, the electrode 120 from the nozzle 112 is pushed away, creates an arc between the two components, which heats the gas collected in the confined space and thus causes the formation of the plasma. The the distal end 124 The area surrounding the electrode serves as a plasma chamber. The return movement of the electrode 120 moves the plunger 136 that engages the electrode 120 stands. This plunger 136 thereby becomes in the direction to the contact element 146 pushed away, in turn, he exerts a pressure that the flexible element 156 compresses. Furthermore, in this embodiment, means for maintaining the contact between the plunger are 136 , the flexible element 156 and the contact element 146 intended. The realization of this means is that the rear section 140 of the plunger 136 and the front contact portion 154 of the contact element 146 are arranged so that they frictionally engage with the flexible element 156 (due to a clamping seat) are located. The flexible element 156 is thus in frictional engagement with both the plunger 136 as well as with the contact element 146 , The resulting frictional force is sufficiently large, so that the plunger 136 in its existing position within the insulator 116 and thus also within the recess 110 of the burner 102 is held back when the burner 102 after removing the electrode 120 when open.
In einer alternativen Ausführung, die ähnlich der in den bis dargestellten Ausführungsform ist, sind der Plungerkolben und die Kontaktelemente mit Gewinden versehen, mittels der eine Gewindeverbindung mit dem biegsamen Element hergestellt werden kann.In an alternative embodiment similar to that in the to In the embodiment shown, the plunger and the contact elements are provided with threads by means of which a threaded connection with the flexible element can be made.
Zwecks der Stabilisierung des Volumens der Plasmakammer 158 während des Betriebs des Brenners 102 in den Betriebsarten mit dem nichtübertragenen oder dem übertragenen Lichtbogen werden des Weiteren Mittel zur Aufrechterhaltung einer konsistenten hinteren Stellung der Elektrode 120 vorgesehen. In dieser Ausführungsform sind der Plungerkolben 136 und das Kontaktelement 146 derart angeordnet, dass die hintere Fläche 142 des Plungerkolbens im Eingriff mit der vorderen Kontaktfläche 150 des Kontaktelementes 146 steht, wenn die Elektrode 120 zurück in ihre hintere Stellung verschoben worden ist. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass diese Stellung nicht nur während der Betriebsart mit dem übertragenen Lichtbogen sondern auch während der Betriebsart mit dem übertragenen Lichtbogen aufrechterhalten werden muss.For the purpose of stabilizing the volume of the plasma chamber 158 during operation of the burner 102 In the non-transferred or transmitted arc modes, further, means for maintaining a consistent back position of the electrode 120 intended. In this embodiment, the plunger 136 and the contact element 146 arranged such that the rear surface 142 of the plunger engaging the front contact surface 150 of the contact element 146 stands when the electrode 120 has been moved back to its rear position. It should be noted in this regard that this position must be maintained not only during the transmitted arc mode but also during the arc transmitted mode.
Das Kontaktelement 146 ist mit der Entlüftungsrille 160 versehen, die sich quer durch die vordere Kontaktfläche 150 erstreckt und die derart angeordnet ist, dass sie dem in dem Plungerkolben 136 ausgebildeten Durchgangskanal 144 entspricht und somit einen Fluchtweg für die erwärmte Luft freigibt, wenn sich der Plungerkolben 136 und das Kontaktelement 146 in gegenseitigem Berührungskontakt befinden. In einer alternativen Ausführung kann eine derartige Entlüftungsrille an dem Plungerkolben 136 angeordnet sein.The contact element 146 is with the vent groove 160 provided, extending across the front contact surface 150 and arranged to be in the plunger 136 trained passageway 144 corresponds and thus an escape route for the heated air releases when the plunger 136 and the contact element 146 are in mutual contact with each other. In an alternative embodiment, such a vent groove may be on the plunger 136 be arranged.
Für die Führung des elektrischen Stroms von der Stromquelle der Brenners 102 zu der Elektrode 120 sind Mittel zur Gewährung einer leitfähigen Bahn zwischen dem Kontaktelement 146 und der Elektrode 120, wenn sich die letztere in ihrer vorderen oder in ihrer hinteren Stellung befindet. In der erfindungsgemässen Baugruppe 100 zur Aufnahme der Elektrode 120 umfassen derartige Mittel zur Gewährung einer leitfähigen Bahn einerseits das biegsame Element 156, das den sämtlichen elektrischen Strom der Elektrode 120 zuführt, wenn sich die Elektrode 120 in ihrer in dargestellten vorderen Stellung befindet (wobei ein Kontakt zwischen der Elektrode 120 und der Düse 112 besteht), und andererseits den Eingriff zwischen der hinteren Fläche 142 des Plungerkolbens 136 und der Kontaktfläche 150, wenn sich die Elektrode 120 in ihrer hinteren Stellung befindet. Hierbei sei darauf hingewiesen, dass diese hintere Stellung die bedeutendste Stellung der Elektrode darstellt, welche die Elektrode sogar dann einnimmt, wenn die erfindungsgemässe Baugruppe in dem Zustand mit stabilisiertem Führungslichtbogen betrieben wird. In jeder der beiden Stellungen wird der elektrische Strom von dem Plungerkolben 136 zu der Elektrode 120 mittels der Kontaktverbindung zwischen der vorderen Kontaktfläche 139 des Plungerkolbens 136 und der hinteren Abschlussoberfläche 130 der Elektrode 120 geführt. In der Betriebsart mit dem Führungslichtbogen oder mit dem übertragenen Lichtbogen, wann sich die Elektrode in ihrer hinteren Stellung befindet, wird also durch den gemeinsamen Eingriff des Plungerkolbens 136 und des Kontaktelementes 146 die Stabilisierung der hinteren Stellung der Elektrode 120, sowie die leitfähige Bahn zwischen dem Kontaktelement 146 und dem Plungerkolben 136 sichergestellt, wobei anschliessend der Durchfluss des elektrischen Stroms durch den Plungerkolben 136 freigegeben wird. Dieser durchfliessende Strom wird dann der Elektrode 120 zugeführt. Dank einer verhältnismässig grossen Kontaktoberfläche (vgl. 142, 150) ist der elektrische Strom, welcher der Elektrode 120 in dieser Art und Weise zugeführt wird, erheblich grösser als der elektrische Strom, welcher durch das biegsame Element 156 eingespeist wird, wobei die eingeschränkte Übertragung des elektrischen Stroms sowie der Wärme zu dem Plungerkolben 136 und dem Kontaktelement 146 zum wirksameren Schutz des biegsamen Elementes 156 vor Überhitzung, die die Elastizität des letzteren beeinträchtigen könnte, beiträgt.For the management of electric power from the power source of the burner 102 to the electrode 120 are means for providing a conductive path between the contact element 146 and the electrode 120 when the latter is in its front or rear position. In the inventive assembly 100 for receiving the electrode 120 For example, such means for providing a conductive path on the one hand comprise the flexible element 156 , which covers all the electrical current of the electrode 120 feeds when the electrode 120 in her in shown in front position (with a contact between the electrode 120 and the nozzle 112 exists), and on the other hand the engagement between the rear surface 142 of the plunger 136 and the contact surface 150 when the electrode is 120 in its rear position. It should be noted that this rear position represents the most significant position of the electrode, which occupies the electrode even when the inventive assembly is operated in the state with stabilized guide arc. In each of the two positions, the electric current from the plunger 136 to the electrode 120 by means of the contact connection between the front contact surface 139 of the plunger 136 and the rear final surface 130 the electrode 120 guided. In the operation mode with the guide arc or with the transferred arc, when the electrode is in its rear position, so by the joint engagement of the plunger 136 and the contact element 146 the stabilization of the rear position of the electrode 120 , as well as the conductive path between the contact element 146 and the plunger 136 ensured, and then the flow of electrical current through the plunger 136 is released. This flowing current then becomes the electrode 120 fed. Thanks to a relatively large contact surface (cf. 142 . 150 ) is the electric current, which is the electrode 120 supplied in this manner, considerably larger than the electric current passing through the flexible element 156 is fed, wherein the limited transmission of the electric current and the heat to the plunger 136 and the contact element 146 for more effective protection of the flexible element 156 overheating, which could affect the elasticity of the latter.
Ausser den mit der Wärmebelastung zusammenhängenden Problemen, die die Elastizität der Feder 156 beeinträchtigen können und die von der Widerstandserwärmung der Feder verursacht werden, gibt es noch ein Problem, das darin besteht, dass die Feder der Einwirkung der von der Elektrode 120 durch den Plungerkolben abgeleiteten Wärme ausgesetzt wird. Eine zusätzliche Erwärmung kann ausserdem von dem die Feder 156 herum umfliessenden Gas verursacht werden, denn dieses Gas kann so heiss sein, dass es eine ähnliche Beeinträchtigung der Eigenschaften der Feder hervorbringt. Des Weiteren können die Eigenschaften der Feder 156 durch die Korrosion beeinträchtigt werden, die von dem die Feder 156 herum umfliessenden Gas hervorgerufen wird (falls dieses Gas ausreichend heiss ist).Apart from the problems associated with the heat load, the elasticity of the spring 156 There is still a problem in that the spring is subject to the action of the electrode 120 exposed by the plunger heat dissipated. Additional heating can also be done by the spring 156 around flowing gas, because this gas can be so hot that it causes a similar impairment of the properties of the spring. Furthermore, the properties of the spring 156 be affected by the corrosion of which the spring 156 around flowing gas is caused (if this gas is sufficiently hot).
zeigt in einer Schnittdarstellung die Baugruppe 200 zur Aufnahme der Elektrode 204. Diese Baugruppe ähnelt sich der Baugruppe 100 zur Aufnahme der Elektrode 120, die in dargestellt ist, jedoch mit dem Unterscheid, dass sie den Isolator 202, die Elektrode 204, den Plungerkolben 206, das Kontaktelement 208 und das biegsame Element 210 umfasst. In dieser Ausführungsform ist zudem ein zusätzlicher Leiter 212 vorgesehen, der die direkte Verbindung des Kontaktelementes 208 und des Plungerkolbens 206 vermittelt. Der zusätzliche Leiter 212 kann vorzugsweise von einem biegsamen leitfähigen Strangelement gebildet werden. Der zusätzliche Leiter 212 kann als ein Mittel zur Gewährung einer, zugleich durch den Plungerkolben 206, führenden leitfähigen Bahn zwischen dem Kontaktelement 208 und der Elektrode 204 sein, wenn sich die Elektrode 204 in ihrer vorderen und hinteren Stellung befindet. Diese leitfähige Bahn kann dabei entweder von dem alleinigen zusätzlichen Leiter oder von der Kombination desselben mit dem biegsamen Element 210 vermittelt werden. shows in a sectional view of the assembly 200 for receiving the electrode 204 , This assembly is similar to the assembly 100 for receiving the electrode 120 , in the is shown, however, with the distinction that they are the insulator 202 , the electrode 204 , the plunger 206 , the contact element 208 and the flexible element 210 includes. In this embodiment is also an additional conductor 212 provided that the direct connection of the contact element 208 and the plunger 206 taught. The additional conductor 212 may preferably be formed by a flexible conductive strand element. The additional conductor 212 can be considered a means of granting one, at the same time by the plunger 206 , leading conductive path between the contact element 208 and the electrode 204 be when the electrode 204 in its front and rear position. This conductive path can be either from the sole additional conductor or from the combination thereof with the flexible element 210 mediated.
Da der zusätzliche Leiter 212, entweder selbst oder in der Kombination mit dem biegsamen Element 210, den gesamten elektrischen Strom von dem Kontaktelement 208 zu dem Plungerkolben 206 übertragen kann, und zwar in beliebiger Betriebsart, ist es nicht mehr notwendig, dass der Plungerkolben 206 und das Kontaktelement 208 derart eingestellt sind, damit sie in einer Kontaktverbindung stehen, wenn sich die Elektrode 204 in ihrer hinteren Stellung befindet. Diese Ausführung, die in dargestellt ist, kann jedoch an und für sich nicht die Stabilisierung der Elektrode 204 gewährleisten, wenn der Brenner, in dem die erfindungsgemässe Baugruppe eingegliedert ist, in der Betriebsart mit Plasmaerzeugung betrieben wird. Es ist möglich, dass auch die Verwendung von weiteren Mitteln zur Aufrechterhaltung einer konsistenten hinteren Stellung der Elektrode 204 erforderlich sein wird. Ein derartiges Mittel kann durch eine Anpassung des biegsamen Elementes 210 realisiert werden, wobei diese Anpassung darin bestehen kann, dass durch die Verschiebung der Elektrode 204 in ihre hintere Stellung das biegsame Element 210 vollständig zusammengepresst wird, so dass seine Windungen aneinander anliegen. Ein derartiges System kann dabei noch besser geeignet sein, falls das biegsame Element durch die Bearbeitung eines rohrförmigen Rohlings hergestellt ist. Im solchen Fall könnte das biegsame Element als ein untrennbarer Bestandteil des Kontaktelementes ausgebildet werden. Die auf das biegsame Element 210 gestellten Anforderungen könnten jedoch die Fertigungskosten erhöhen und zudem würde das derart ausgeführte Element nur eine beschränkte Stabilität sicherstellen.Because the extra conductor 212 , either yourself or in combination with the flexible element 210 , the total electric current from the contact element 208 to the plunger 206 can transfer, in any mode, it is no longer necessary that the plunger 206 and the contact element 208 are set so that they are in a contact connection when the electrode 204 in its rear position. This design, which in however, stabilization of the electrode can not in and of itself 204 ensure that the burner, in which the assembly according to the invention is incorporated, is operated in the plasma generation operating mode. It is also possible that the use of further means to maintain a consistent back position of the electrode 204 will be required. Such means can be achieved by adapting the flexible element 210 be realized, this adjustment may consist in that by the displacement of the electrode 204 in its rear position the flexible element 210 is completely compressed, so that its turns abut each other. Such a system can be even better suited if the flexible element is produced by the machining of a tubular blank. In such a case, the flexible element could be formed as an integral part of the contact element. The on the flexible element 210 However, the requirements imposed could increase the manufacturing costs and, moreover, the element so implemented would only ensure limited stability.
zeigt, ebenfalls in einer Schnittdarstellung, eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Baugruppe 250 zur Aufnahme einer Elektrode, wobei die Baugruppe wiederum den Isolator 252, die Elektrode 254, den Plungerkolben 256, das Kontaktelement 258, das biegsame Element 260 und den zusätzlichen Leiter 262 umfasst. Von der oben beschriebenen Baugruppe 200 zur Aufnahme der Elektrode 204 unterscheidet sich die Baugruppe 250 durch die Bauart der zur Aufrechterhaltung einer konsistenten hinteren Stellung der Elektrode 254 verwendeten Konstruktion. In der Baugruppe 250 zur Aufnahme einer Elektrode ist zwischen dem Plungerkolben 256 und dem Kontaktelement ein Isolator 256 angeordnet. Der Isolator 264 ist dabei entweder an dem hinteren Abschnitt 266 des Plungerkolbens 256, und zwar in der Art und Weise, die sich aus der Darstellung in ergibt und die nachfolgend näher beschrieben wird, oder an der vorderen Kontaktfläche 268 des Kontaktelementes 258 angebracht sein. Der Isolator 264 kann aus einem steifen, nicht leitfähigen Werkstoff, wie aus dem Kunststoff Vespel®, hergestellt sein. Seine Verbindung mit dem Plungerkolben 256 kann dabei beispielsweise als ein Klemmsitz oder mithilfe eines Hochtemperaturklebers, wie z. B. Loctite® Super Glue ULTRA Gel Control, realisiert werden. In einer alternativen Ausführungsform kann an der hinteren Oberfläche des hinteren Abschnitts 266 des Plungerkolbens 256 ein nicht leitender Stoff eingetragen sein, der selbst den Isolator 264 bildet. Eine derartige Anordnung kann vorzugsweise dann verwendet werden, wenn der Isolator 264 vielmehr an dem Kontaktelement 258 als an dem Plungerkolben 256 anzubringen ist. shows, also in a sectional view, a further embodiment of the inventive assembly 250 for receiving an electrode, wherein the assembly in turn the insulator 252 , the electrode 254 , the plunger 256 , the contact element 258 , the flexible element 260 and the additional conductor 262 includes. From the assembly described above 200 for receiving the electrode 204 the assembly is different 250 by the design of the to maintain a consistent rear position of the electrode 254 used construction. In the assembly 250 for receiving an electrode is between the plunger 256 and the contact element an insulator 256 arranged. The insulator 264 is either at the rear section 266 of the plunger 256 , in the way that results from the representation in and which will be described in more detail below, or at the front contact surface 268 of the contact element 258 to be appropriate. The insulator 264 Can not get out of a stiff one conductive material, such as made of the plastic Vespel ® . His connection with the plunger 256 can be used, for example, as a press fit or by means of a high temperature adhesive such. Loctite® Super Glue ULTRA Gel Control. In an alternative embodiment, on the rear surface of the rear section 266 of the plunger 256 a non-conductive substance must be registered, which itself is the insulator 264 forms. Such an arrangement may preferably be used when the insulator 264 rather, on the contact element 258 as on the plunger 256 is to be attached.
Der Isolator 264 weist eine sich rückwärts erstreckende Tragfläche 270 auf. Nachdem die Elektrode 254 von ihrer vorderen Stellung in ihre hintere Stellung verschoben worden ist, wird die Tragfläche 270 des Isolators 270 in den Eingriff mit der vorderen Kontaktfläche 268 gebracht, wobei dieser Eingriff zwischen den Flächen 268 und 270 die Stabilisierung des Plungerkolbens 256 und der Elektrode 254 sicherstellt, und zwar in einer ähnlichen Art und Weise wie bei den Oberflächen (vgl. 142, 150) der eingangs beschriebenen Baugruppe 100 zur Aufnahme einer Elektrode.The insulator 264 has a rearwardly extending wing 270 on. After the electrode 254 has been moved from its forward position to its rear position, the wing becomes 270 of the insulator 270 in engagement with the front contact surface 268 brought, with this engagement between the surfaces 268 and 270 the stabilization of the plunger 256 and the electrode 254 ensures, and in a similar manner as in the surfaces (see. 142 . 150 ) of the module described above 100 for receiving an electrode.
Die Verbindung des Isolators 264 und des Plungerkolbens 256 kann den sich innerhalb des Plungerkolbens 256 befindenden Durchgangskanal 272 absperren. Eine Verlängerung des Durchgangskanals 272 ist dabei dadurch ermöglicht, dass der Isolator 264 mit dem zusätzlichen Durchgangskanal 274 versehen ist.The connection of the insulator 264 and the plunger 256 can be within the plunger 256 located passageway 272 Shut off. An extension of the passageway 272 is thereby made possible that the insulator 264 with the additional passageway 274 is provided.
Obwohl die in dargestellten Ausführungsform der zwischen dem Plungerkolben 256 und dem Kontaktelement 258 angeordnete Isolator 264 zur physischen Abgrenzung der hinteren Stellung der Elektrode 254 genutzt wird, wäre es denkbar, dass auch andere Anordnungen zur physischen Beschränkung der Rückwärtsbewegung der Elektrode 254 genutzt werden, ohne dass dabei ein direkter Eingriff zwischen dem Plungerkolben 256 und dem Kontaktelement 258, insbesondere bei der Verwendung eines zusätzlichen Leiters, erforderlich ist. Eine alternative Ausführung kann somit beispielsweise darin bestehen, dass der Isolator 264 mit Vorsprüngen versehen ist, die derart angeordnet sind, dass sie im Eingriff mit der Elektrode 254 und/oder mit dem Plungerkolben 256 stehen und dabei die Elektrode 254 bei ihrer Rückbewegung hindern, nachdem die Elektrode 254 ihre vorher bestimmte Stellung eingenommen hat.Although the in illustrated embodiment of the between the plunger 256 and the contact element 258 arranged insulator 264 for the physical delineation of the rear position of the electrode 254 is used, it would be conceivable that other arrangements for physically limiting the backward movement of the electrode 254 be used without causing a direct engagement between the plunger 256 and the contact element 258 , especially when using an additional conductor, is required. An alternative embodiment may thus be, for example, that the insulator 264 is provided with projections which are arranged so that they engage with the electrode 254 and / or with the plunger 256 stand while the electrode 254 prevent their return movement after the electrode 254 assumed her predestined position.
zeigt in einer Schnittdarstellung die Baugruppe 300 zur Aufnahme einer Elektrode, wobei diese Baugruppe wiederum der Baugruppe 200 zur Aufnahme einer Elektrode ähnlich ist, die in dargestellt ist, jedoch wiederum mit einem Unterschied, der in der Anordnung der zur Aufrechterhaltung der hinteren Stellung der Elektrode 302 vorgesehenen Mittel besteht. Der Plungerkolben 304 und das Kontaktelement 306 stehen wiederum im Eingriff mit einem biegsamen Element 308, wobei sie auch mittels eines zusätzlichen Leiters 310 verbunden sind. Diese Bauteil sind die innerhalb des Isolators 312 untergebracht. In der vorliegenden Baugruppe 300 zur Aufnahme einer Elektrode ist der zusätzliche Leiter 310 in einem von dem biegsamen Element 308 definierten zylinderförmigen Gehäuse untergebracht. shows in a sectional view of the assembly 300 for receiving an electrode, this assembly in turn the assembly 200 similar to that of an electrode used in is shown, but again with a difference in the arrangement of maintaining the rear position of the electrode 302 funds provided for. The plunger 304 and the contact element 306 are in turn engaged with a flexible element 308 , whereby they also by means of an additional conductor 310 are connected. These components are those inside the insulator 312 accommodated. In the present assembly 300 for receiving an electrode is the additional conductor 310 in one of the flexible element 308 housed defined cylindrical housing.
Die bis zeigen in einzelnen Schnittdarstellungen die Baugruppe 350 zur Aufnahme einer Elektrode nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Baugruppe hat viele gemeinsame Merkmale mit der in den bis dargestellten Baugruppe 100 zur Aufnahme einer Elektrode. Die Baugruppe 350 umfasst wiederum die Elektrode 352, die in der Kontaktverbindung mit dem Plungerkolben 354 ist. Der Plungerkolben 354 steht dabei wiederum im Eingriff mit einem biegsamen Element 356, dass in diesem Fall von einer leitfähigen Feder gebildet ist. Der Plungerkolben 354, der von dem biegsamen Element 356 unterstützt wird, dient sowohl zur Vorspannung der Elektrode 352 in der Vorwärtsrichtung als auch zur Gewährung einer leitfähigen Bahn zu der Elektrode 352. In dieser Ausführungsform brauchen der Plungerkolben 354 und das biegsame Element 356 nicht mehr durch einen Klemmsitz miteinender verbunden zu sein. Zugleich ist es nicht mehr notwendig, dass in der obigen Art und Weise das biegsame Element 356 und das Kontaktelement 358 verbunden sind, wenn beim Herausnehmen der Elektrode 352 der Plungerkolben und das biegsame Element 356 innerhalb des Isolators 360 zurückgehalten sollen. Obwohl die genanten Bindungen nicht mehr zum Zurückhalten des Plungerkolbens 356 erforderlich sind, können sie weiterhin für die Sicherstellung des elektrischen Kontaktes zwischen den betreffenden Elementen wünschenswert sein. In dieser Ausführungsform umfasst der Isolator 360 einen Wirbelring und den Durchgangskanal 362, der sich durch den Isolator 360 in dessen gesamten Länge erstreckt.The to show in individual sectional views of the assembly 350 for receiving an electrode according to another embodiment of the present invention. This assembly has many common features with those in the to shown assembly 100 for receiving an electrode. The assembly 350 again comprises the electrode 352 in contact with the plunger 354 is. The plunger 354 stands in turn engaged with a flexible element 356 in that in this case it is formed by a conductive spring. The plunger 354 that of the flexible element 356 is supported, serves both to bias the electrode 352 in the forward direction as well as to provide a conductive path to the electrode 352 , In this embodiment, the plunger need 354 and the flexible element 356 no longer be connected by a press fit miteinender. At the same time it is no longer necessary that in the above manner the flexible element 356 and the contact element 358 are connected when removing the electrode 352 the plunger and the flexible element 356 inside the insulator 360 are withheld. Although the mentioned bonds are no longer used to hold back the plunger 356 are required, they may continue to be desirable for ensuring the electrical contact between the elements concerned. In this embodiment, the insulator comprises 360 a vortex ring and the passageway 362 that goes through the insulator 360 extends in its entire length.
zeigt die Baugruppe 350 zur Aufnahme der Elektrode 352 in dem Zustand nach dem Abkoppeln der Elektrode 352 von dem Plungerkolben 354. Der in dem Isolator 360 ausgebildete Durchgangskanal 362 ist mit dem Streifen 364 versehen, dessen verringerter Durchschnitt die Öffnung 366 bildet, die den Durchgangskanal 362 in zwei Abschnitte, nämlich die vordere Kammer 368 und die hintere Kammer 370, unterteilt. Der Durchschnitt der vorderen Kammer 368 ist dabei derart unterteilt, dass hierdurch die Elektrode 352 hineingeschoben werden kann. Der Plungerkolben 354 ist mit dem Ansatz 372 versehen, dessen Abmessungen grösser sind als die der von dem Streifen 364 abgegrenzten Öffnung 366; diese Anordnung gewährleistet, dass der Bewegungsbereich des Plungerkolbens 354 derart beschränkt wird, dass der Ansatz 372 und das biegsame Element 356 die hintere Kammer 370 nicht verlassen können. Das biegsame Element 356 verschiebt somit den Plungerkolben 354, indem es den Ansatz 372 gegen den Streifen 364 drückt, wie in ersichtlich. shows the assembly 350 for receiving the electrode 352 in the state after disconnecting the electrode 352 from the plunger 354 , The one in the insulator 360 trained passageway 362 is with the strip 364 whose reduced average is the opening 366 forms the passageway 362 in two sections, namely the anterior chamber 368 and the rear chamber 370 , divided. The average of the anterior chamber 368 is divided in such a way that thereby the electrode 352 can be pushed into it. The plunger 354 is with the approach 372 provided whose dimensions are greater than that of the strip 364 delimited opening 366 ; This arrangement ensures that the range of movement of the plunger 354 is limited so that the approach 372 and the flexible element 356 the rear chamber 370 can not leave. The flexible element 356 thus shifts the plunger 354 by taking the approach 372 against the strip 364 expresses how in seen.
Der Ansatz 372 ist vor der vorderen Kontaktfläche 374 des Plungerkolbens 354 untergebracht, die derart ausgelegt ist, dass sie bündig mit der hinteren Abschlussoberfläche 376 an dem proximalen Ende 378 der Elektrode 352 abschliesst, wenn die Elektrode 352 derart eingestellt ist, dass sie teilweise in dem Isolator 360 eingeschoben ist, wie sich aus den Darstellungen in und ergibt. Während der Ansatz 372 nicht durch die von dem Streifen 364 abgegrenzte Öffnung 366 durchgehen kann, die vordere Kontaktfläche 374 muss in der Vorwärtsrichtung ausreichend gross sein, um dem Plungerkolben 354 zu erlauben, dass er die Elektrode 352 gegen eine Düse (nicht dargestellt) eines die erfindungsgemässe Baugruppe 350 umfassenden Brenners drückt. Der Isolator 360 und der Plungerkolben 354 sollten dabei derart ausgelegt werden, dass in dem Zustand, wenn die Elektrode 352 in dem Brenner aufgenommen ist und die Düse sich in ihrer Betriebsstellung befindet, zwischen dem Streifen 364 und dem Plungerkolben 354 ein in mit dem Bezugszeichen a bezeichneter Spalt entsteht. Dieser Spalt a sollte dabei ausreichend gross sein, um die Rückströmung des die wendelförmige Rippe 380 der Elektrode 352 umfliessenden Kühlgases zu erlauben.The approach 372 is in front of the front contact surface 374 of the plunger 354 housed, which is designed so that it is flush with the rear end surface 376 at the proximal end 378 the electrode 352 concludes when the electrode 352 is set to be partially in the insulator 360 is inserted, as can be seen from the illustrations in and results. During the approach 372 not by the one from the strip 364 delimited opening 366 can go through, the front contact surface 374 must be sufficiently large in the forward direction to the plunger 354 to allow him the electrode 352 against a nozzle (not shown) of the inventive assembly 350 comprehensive burner presses. The insulator 360 and the plunger 354 should be designed such that in the state when the electrode 352 is received in the burner and the nozzle is in its operating position, between the strip 364 and the plunger 354 a in with the reference numeral a designated gap arises. This gap a should be sufficiently large to the backflow of the helical rib 380 the electrode 352 to allow circulating cooling gas.
Das proximale Ende 378 der Elektrode 352 ist in dieser Ausführungsform derart ausgelegt, dass nach dem Wegschieben der Elektrode 352 zurück in deren hinteren Stellung, wo das proximale Ende 378 zumindest teilweise durch die von dem Streifen 364 abgegrenzte Öffnung 366 durchgeht, die Elektrode 352 sowie der Streifen voneinander beabstandet bleiben, wodurch ein in der mit dem Bezugszeichen b bezeichnete Spalt entsteht. Dieser Spalt b ist dabei ausreichend gross, damit nach dem Wegscheiben der Elektrode 352 in ihre hintere Stellung die Gasströmung zwischen dem Streifen 364 und der Elektrode 352 freigegeben wird. In dieser Ausführungsform ragt die vordere Kontaktfläche 374 des Plungerkolbens 354 teilweise über den Streifen heraus, wenn der Ansatz 372 im Eingriff mit dem verringerten Durchschnitt des Streifens 364 steht; dieser in der Vorwärtsrichtung herausragende Abschnitt der vorderen Kontaktfläche 374 unterstützt die Aufrechterhaltung der mittigen Ausrichtung des Plungerkolbens 354 gegenüber der Elektrode 352, so dass nach dem Hineinlegen der Elektrode 352 die vordere Kontaktfläche 374 des Plungerkolbens 354 immer im richtigen Eingriff mit der Abschlussoberfläche 376 der Elektrode steht.The proximal end 378 the electrode 352 is designed in this embodiment such that after the displacement of the electrode 352 back to its posterior position, where the proximal end 378 at least partially by that of the strip 364 delimited opening 366 goes through, the electrode 352 and the strip remain spaced apart, creating a in the with the reference numeral b designated gap arises. This gap b is sufficiently large, so that after the Wegscheiben the electrode 352 in its rear position, the gas flow between the strip 364 and the electrode 352 is released. In this embodiment, the front contact surface protrudes 374 of the plunger 354 partially over the strip when the approach 372 engaged with the reduced average of the strip 364 stands; this protruding in the forward direction portion of the front contact surface 374 assists in maintaining the centering of the plunger 354 opposite the electrode 352 so that after inserting the electrode 352 the front contact surface 374 of the plunger 354 always in the correct engagement with the finishing surface 376 the electrode is stationary.
Ebenso wie bei der Baugruppe 100, die in den bis dargestellt ist, sind das biegsame Element 356 und dass Kontaktelement 358 derart ausgelegt, dass sie der Elektrode 352 (die unter der Einwirkung des Drucks des durch den Wirbelring eingeleiteten Gases in der Rückwärtsrichtung vorgespannt wird) erlaubt, den Plungerkolben 354 gegen das biegsame Element 356 wegzudrücken, bis der Plungerkolben 354 in den in der dargestellten Eingriff mit dem Kontaktelement 358 gebracht wird. Der Eingriff zwischen dem Plungerkolben 354 und dem Kontaktelement 358 definiert und gleichzeitig stabilisiert sowohl die hintere Stellung der Elektrode 352 als auch eine leitfähige Bahn zwischen dem Kontaktelement 358 und der sich in ihrer hinteren Stellung befindenden Elektrode 352. Wenn sich die Elektrode 352 in ihrer vorderen Stellung befindet, werden die Mittel zur Gewährung der leitfähigen Bahn von dem biegsamen Element 356 gebildet. Es kann jedoch auch ein zusätzlicher Leiter, beispielsweise ein leitfähiges Strangelement der oben beschriebenen Art, verwendet werden.As with the assembly 100 that in the to is shown, are the flexible element 356 and that contact element 358 designed so that it the electrode 352 (which is biased in the reverse direction under the action of the pressure of the gas introduced through the vortex ring) allows the plunger 354 against the flexible element 356 push away until the plunger 354 in the in the shown engagement with the contact element 358 is brought. The engagement between the plunger 354 and the contact element 358 defines and at the same time stabilizes both the rear position of the electrode 352 as well as a conductive path between the contact element 358 and the electrode in its rear position 352 , When the electrode 352 is in its forward position, the means for providing the conductive path of the flexible element 356 educated. However, an additional conductor, for example a conductive strand element of the type described above, may also be used.
Ein weiterer Vorteil des Ansatzes 372 des Plungerkolbens 354 besteht darin, dass derartiger Ansatz die Rückströmung des durch den Spalt b zwischen der Elektrode 352 und dem Streifen 364 durchgegangenen Kühlgases ablenken sollte. Dadurch sollte die Strömung des kühlen Gases entlang der Oberfläche des Plungerkolbens 354 verstärkt werden. Zugleich sollte die Fähigkeit des Gases verbessert werden, als ein Kühlmedium zu wirken, das imstande ist, die Kühlung der sich in dem thermischen Kontakt mit dem Plungerkolben befindenden Elektrode 352 zu verbessern. Des Weiteren kann der Ansatz 372 die Wirksamkeit der Kühlung dadurch unterstützen, dass er als eine Schulter wirkt, die die Turbulenz der Strömung um den hinteren Abschnitt des Plungerkolbens 354 erhöht und somit die Durchmischung des in einen stromaufwärts des Plungerkolbens 354 liegenden Raum strömenden Gases verbessert.Another advantage of the approach 372 of the plunger 354 is that such approach the backflow of the through the gap b between the electrode 352 and the strip 364 should deflect distracted refrigerant gas. This should allow the flow of cool gas along the surface of the plunger 354 be strengthened. At the same time, the ability of the gas to be improved as a cooling medium capable of cooling the electrode in thermal contact with the plunger should be improved 352 to improve. Furthermore, the approach 372 assisting the effectiveness of the cooling by acting as a shoulder which controls the turbulence of the flow around the rear portion of the plunger 354 increases and thus the mixing of the into an upstream of the plunger 354 improved lying space of flowing gas.
Die und zeigen die Baugruppe 350' zur Aufnahme einer Elektrode, wobei diese Baugruppe der Baugruppe 350 zur Aufnahme einer Elektrode ähnlich ist, die in den bis dargestellt ist, jedoch mit dem Unterschied, dass der Plungerkolben 354' nicht mit dem Plungerkolben 372 versehen ist. In dieser Ausführungsform ist die vordere Kontaktfläche 374' des Plungerkolbens 354' verlängert und die in dem vom Streifen 364' des Isolators 360' definierten verringerten Durchschnitt ausgebildete Öffnung 366' ist derart angeordnet, dass sie die vordere Kontaktfläche 374' auffängt und somit die Vorwärtsbewegung des Plungerkolbens 354' beschränken kann. Zugleich gibt die Öffnung 366' den Durchgang eines Abschnittes der vorderen Kontaktfläche 374' durch den verringerten Durchschnitt des Streifens 364' frei, so dass diese Kontaktfläche in den Eingriff mit der Elektrode 352' gebracht werden kann. Wenn die Elektrode 352' im Eingriff mit dem Plungerkolben 354' steht und die Düse des Brenners (nicht dargestellt) derart eingestellt ist, dass in der Stelle ihres Eingriffs mit der Elektrode 352' der Spalt a' zwischen dem Plungerkolben 354' und dem Streifen 364' entsteht, wodurch in diesem Bereich der Durchfluss des gasförmigen Mediums freigegeben wird. Die Elektrode 352' ist dabei derart ausgelegt, dass nach deren Wegschieben in die hintere Stellung, in der die durch die Öffnung 366' durchgeht, der dabei entstehende Spalt b' für die Freigabe der Gasströmung ausreichend gross ist.The and show the assembly 350 ' for receiving an electrode, this assembly of the assembly 350 similar to the inclusion of an electrode in the to is shown, but with the difference that the plunger 354 ' not with the plunger 372 is provided. In this embodiment, the front contact surface 374 ' of the plunger 354 ' extended and the one in the strip 364 ' of the insulator 360 ' defined reduced average trained opening 366 ' is arranged such that it the front contact surface 374 ' and thus the forward movement of the plunger 354 ' can restrict. At the same time gives the opening 366 ' the passage of a portion of the front contact surface 374 ' by the reduced average of the strip 364 ' free, leaving this contact area in the engagement with the electrode 352 ' can be brought. When the electrode 352 ' engaged with the plunger 354 ' is and the nozzle of the burner (not shown) is set so that in the place of their engagement with the electrode 352 ' the gap a 'between the plunger 354 ' and the strip 364 ' arises, which is released in this area, the flow of the gaseous medium. The electrode 352 ' is designed in such a way that after their displacement into the rear position in which the through the opening 366 ' goes through, the resulting gap b 'is sufficiently large for the release of the gas flow.
zeigt die Baugruppe 400 zur Aufnahme einer Elektrode, wobei diese Baugruppe viele gemeinsame Merkmale mit der oben beschriebenen Baugruppe 350 zur Aufnahme einer Elektrode aufweist. Die Baugruppe umfasst wiederum den Isolator 402, die Elektrode 404, den Plungerkolben 406, das biegsame Element 408 und das Kontaktelement 410, wobei innerhalb des Isolators 402 wiederum der Streifen 412 ausgebildet ist, der die Öffnung 414 mit verringertem Durchschnitt definiert. shows the assembly 400 for receiving an electrode, this assembly having many common features with the assembly described above 350 for receiving an electrode. The assembly in turn comprises the insulator 402 , the electrode 404 , the plunger 406 , the flexible element 408 and the contact element 410 , being inside the insulator 402 again the strip 412 is formed, the opening 414 defined with reduced average.
Die einen Bestandteil der Baugruppe 400 bildende Elektrode 404 weist das proximale Ende 416 auf, das in der Form eines konvexen Stumpfkegels ausgebildet ist. Der Stumpfkegel bildet dabei die hintere Kontaktfläche 418. Der Plungerkolben 406 weist die vordere Kontaktfläche 420 auf, die von einem stumpfkegeligen Hohlraum gebildet ist. In diesem Hohlraum kann die hintere Kontaktfläche 418 der Elektrode aufgenommen werden. Im Verhältnis zu dem Streifen 412 ist die Elektrode 404 derart angeordnet, dass sie in den Plungerkolben 406 einschiebbar und in eine Kontaktverbindung mit dessen vorderen Kontaktfläche 420 bringbar ist.The one part of the assembly 400 forming electrode 404 has the proximal end 416 formed in the shape of a convex truncated cone. The truncated cone forms the rear contact surface 418 , The plunger 406 has the front contact surface 420 which is formed by a frustoconical cavity. In this cavity, the rear contact surface 418 the electrode are taken. In relation to the strip 412 is the electrode 404 arranged so that it enters the plunger 406 insertable and in a contact connection with the front contact surface 420 can be brought.
Die bis zeigen in einzelnen Schnittdarstellungen die Baugruppe 450 zur Aufnahme einer Elektrode nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Baugruppe hat wiederum viele gemeinsame Merkmale mit der in den bis dargestellten Baugruppe 350 zur Aufnahme einer Elektrode. Die Baugruppe 450 umfasst wiederum die Elektrode 450, die im Eingriff mit dem Plungerkolben 454 steht, der dann mit einem biegsamen Element 456 in Kontaktverbindung ist. Das biegsame Element 456 ist dabei mit einem Kontaktelement verbunden. Die Bauteile 454, 456, 458 dienen zur Freigabe der Stromzuführung für die Elektrode 452, wenn diese von dem biegsamen Element 456 in der Richtung zu ihrer vorderen Stellung vorgespannt wird. Die Elektrode 452 wird in dem Plungerkolben 454 in gleicher Weise wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen aufgenommen. Es ist wiederum ein Isolator vorgesehen, nämlich der Isolator 460, der mit dem Durchgangskanal 462 versehen ist. Der Durchgangskanal 462 umfasst den Streifen 464, von dem er in zwei Abschnitte, nämlich die vordere Kammer 466 und die hintere Kammer 468, unterteilt wird. Der Plungerkolben 454 und das biegsame Element 456 werden wiederum innerhalb der hinteren Kammer 468 zurückgehalten.The to show in individual sectional views of the assembly 450 for receiving an electrode according to another embodiment of the present invention. This assembly in turn has many common features with those in the to shown assembly 350 for receiving an electrode. The assembly 450 again comprises the electrode 450 engaged with the plunger 454 stands, then with a flexible element 456 is in contact connection. The flexible element 456 is connected to a contact element. The components 454 . 456 . 458 are used to enable the power supply for the electrode 452 if this from the flexible element 456 is biased in the direction to its forward position. The electrode 452 gets in the plunger 454 received in the same manner as in the embodiments described above. Again, an insulator is provided, namely the insulator 460 that with the passageway 462 is provided. The passageway 462 includes the strip 464 from which he divides into two sections, namely the anterior chamber 466 and the rear chamber 468 , is divided. The plunger 454 and the flexible element 456 turn inside the back chamber 468 retained.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen Baugruppe 350 dadurch, dass der Plungerkolben 454 einen zylinderförmigen Abschnitt 470 aufweist, der sich zwischen der vorderen stumpfkegeligen Kontaktfläche 471 und dem Ansatz 474 erstreckt. Die Länge dieses zylinderförmigen Abschnittes 470, die in den und mit dem Bezugszeichen L bezeichnet ist, soll dabei ausreichend gross sein, damit die Elektrode 452 nicht in die von dem Streifen 464 definierte Öffnung 476 (dargestellt in ) eingeschoben werden kann. Diese Länge L gewährleistet, dass der Spalt a während des Betriebs der erfindungsgemässen Baugruppe frei bleibt, wie sich der Darstellung in entnehmen lässt. Die Länge L des zylinderförmigen Abschnittes 470 muss auch ausreichend gross sein, damit nach der Verlegung der Elektrode 452 in ihre hintere Stellung der in dargestellte Spalt b entsteht. Diese Bedingungen stellen die Einströmung des Gases in den stromaufwärts des Plungerkolbens 454 liegenden Raum, nachdem das Gas in den Durchgangskanal 462 eingeleitet worden ist.This embodiment differs from the assembly described above 350 in that the plunger 454 a cylindrical section 470 which extends between the anterior frustoconical contact surface 471 and the approach 474 extends. The length of this cylindrical section 470 that in the and is denoted by the reference L, it should be sufficiently large, so that the electrode 452 not in the one of the strip 464 defined opening 476 (shown in ) can be inserted. This length L ensures that the gap a remains free during operation of the assembly according to the invention, as shown in FIG can be removed. The length L of the cylindrical section 470 must also be large enough so that after laying the electrode 452 in its rear position the in shown gap b is formed. These conditions put the inflow of the gas in the upstream of the plunger 454 lying room after the gas in the passageway 462 has been initiated.
In dieser Ausführungsform umfasst der Isolator 460 keinen integrierten Wirbelring, sondern ist mit einer stufenartigen vorderen Kante 478 versehen, an der ein separater Wirbelring 480 angebracht werden kann, wie sich am deutlichsten aus der Darstellung in ergibt.In this embodiment, the insulator comprises 460 no integrated vortex ring but is with a stepped front edge 478 provided, at the a separate vortex ring 480 can be attached, as can be seen most clearly from the representation in results.
Die und zeigen die Baugruppe 450', die sämtliche Merkmale der in den bis dargestellten Baugruppe 450 aufweist, jedoch mit einem Unterschied, der darin besteht, dass die Elektrode 452' an ihrem proximalen Ende den Abschnitt 482 umfasst, in dessen Verlauf die Elektrode 452' einen Durchmesser DE hat, der grösser ist als der Durchmesser DO der Öffnung 476'; diese geometrische Anordnung sollte die turbulente Strömung der Luft entlang des Plungerkolbens 454' verstärken und somit den Wärmeübergang zwischen der strömenden Luft und dem Plungerkolben 454' verbessern.The and show the assembly 450 ' which have all the features of the to shown assembly 450 but with a difference in that the electrode 452 ' at its proximal end the section 482 in the course of which the electrode 452 ' has a diameter D E , which is greater than the diameter D O of the opening 476 '; This geometric arrangement should reflect the turbulent flow of air along the plunger 454 ' strengthen and thus the heat transfer between the flowing air and the plunger 454 ' improve.
Obwohl die neuartigen Merkmale der vorliegenden Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen und vorteilhafter Anwendungen beschrieben worden sind, ein Fachmann, der über Kenntnisse aus dem gegenständlichen technischen Bereich verfügt, kann die zu verwendenden Werkstoffe oder einige der Konstruktionsdetails abändern, ohne dabei von dem grundlegenden erfinderischen Gedanke abzuweichen.Although the novel features of the present invention have been described in terms of preferred embodiments and advantageous applications, those skilled in the art can vary the materials or some of the construction details without departing from the basic inventive concept.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
-
US 4791268 [0002] US 4791268 [0002]
-
US 8035055 [0003, 0005, 0014, 0015, 0042, 0049] US 8035055 [0003, 0005, 0014, 0015, 0042, 0049]
-
US 8115136 [0003, 0005, 0014, 0015, 0042, 0049] US 8115136 [0003, 0005, 0014, 0015, 0042, 0049]
