DE2033072C - Arc plasma torch with a cooled cathode and cooled anode - Google Patents
Arc plasma torch with a cooled cathode and cooled anodeInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft einen Lichtbogen-Plasmabrenner mit einer gekühlten Kathode und einer gekühlten Anode, die gleichachsig und mit axialem Abstand zueinander angeordnet sind und an der Brennerspannung liegen, mit einer Schutzgaszuführung im Kathodenhalter, die das Schutzgas in axialer Richtung entlang der Kathode strömen läßt, sowie einer tangential gerichteten Betriebsgaszuführung in einem die Elektroden beabstandendem Isolierkörper. The invention relates to a plasma arc torch with a cooled cathode and a cooled anode, which are coaxially and axially spaced from one another and on the Burner voltage lie, with a protective gas supply in the cathode holder, which the protective gas in axial Can flow direction along the cathode, as well as a tangentially directed operating gas supply in an insulating body spacing the electrodes.
Lichtbogen-Plasmabrenner dieser Art sind bereits bekannt (französische Patentschrift 1 225 906), wobei um die Kathode und gegebenenfalls zusätzlich in der Anode eine Hülse unter Ausbildung eines Ringspaltes angeordnet ist, durch den ein Schutzgas zum Schütze der Elektroden strömt; zum Zünden des Lichtbogens muß der Abstand zwischen Anode und Kathode durch ein Verdrehen des Kathodenhalters verringert werden, so daß die konstruktive Lösung aufwendig ist.Arc plasma torches of this type are already known (French patent specification 1 225 906), wherein around the cathode and optionally additionally in the anode a sleeve forming a Annular gap is arranged through which a protective gas flows to protect the electrodes; to ignite the Arc must be the distance between anode and cathode by turning the cathode holder can be reduced, so that the structural solution is expensive.
uer Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde be. Lichtbogen-Plasmabrennern der eingangs erwähnten G«Sing den Schutz der Kathode noch wirkungsvoller zu gestalten und gleichzeitig ihren konstruktiven Aufbau zu vereinfachen.uer invention is based on the object be. Arc plasma torches of the type mentioned at the beginning G «Sing the protection of the cathode even more effectively to design and at the same time to simplify their structural design.
D-ese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst daß zwischen der Anode und dem Kathodenhalt r eine mittels eines isolierenden Ringkörper* von der Anode beabstandete, zu den ubngen EIek trod ·η koaxiale Zundanode angeordnet ist der Ring-SS'Jr Bohrungen aufweist, du.^h die das Betrieb^ einströmt und in dem von der Kathode, dem Kathodenhalter und der Zündanode "mschl°sse?f" *^π> ein Gasdruck herrscht, der über dem Gasdruck lu.,·. welcher in dem Raum vorhanden ist, der von d.r Zünianode, dem Ringkörper und der Anode u„-This object is achieved according to the invention in that between the anode and the cathode holder r there is arranged an ignition anode which is spaced apart from the anode by means of an insulating ring body * and is coaxial with the ubngen EIek trod · η the ring SS'Jr has bores, you. ^ h which the operation ^ flows in and in which there is a gas pressure of the cathode, the cathode holder and the ignition anode " mschl ° sse ? f" * ^ π> which is above the gas pressure lu., ·. which is present in the space that is formed by the Zünianode, the ring body and the anode u "-
geh" weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist iv Schntzgaszuführung im Kathodenhalter em Rm, spal oder ein koaxialer Kranz von Bohrungen A further embodiment of the invention is a cutting gas supply in the cathode holder em Rm, spal or a coaxial ring of bores
h einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindu · weist die Zundanode einen zylindrischen Manuwasserkühler auf. In einer noch wuteren Aufstallung der Erfindung weist die Anode ein. 1 zylinderförmigen Raum für Kühlwasser aufh yet another embodiment of the invention the ignition anode has a cylindrical water cooler on. In an even more furious stable of the invention includes the anode. 1 cylindrical space for cooling water
Bei diesem Lichtbogen-Plasmabrenner, bei dt.:i das Inertgas die Zündung eines Pilotbogens zwische,. Kathode und erster Anode, d. h. Zundanode um, anschließenden Übergang des Bogens auf d.e zweite Anode, d. h. eigentliche Anode erlaubt, u.-.d an der eine höhere Spannung anliegt als an o-.r Zundanode, ist es möglich, Druckluft als den ub.-rwie »enden Bestandteil des Plasmas zu verwende·,, öhre daß die Gefahr der Beschädigung der Kathode infolge der Reaktion des Luftsauerstoffes bei den hohen Temperaturen besteht. Das um die Kathode zugeführte Inertgas wirkt als Schutzschild, so daß der Sauerstoff daran gehindert ist, die Oxydation der Kathode zu fördern. Sie kann deshalb aus einem Material hergestellt werden, das weitere spezielle Eigenschaften für diesen Verwendungszweck aufweist. In this arc plasma torch, at d t .: I the inert gas between the ignition of a pilot arc. Cathode and first anode, ie ignition anode around, subsequent transition of the arc to the second anode, ie actual anode allowed, u .-. D to which a higher voltage is applied than to o-.r ignition anode, it is possible to use compressed air as the ub . -you should use most of the constituents of the plasma, so there is a risk of damage to the cathode as a result of the reaction of the oxygen in the air at the high temperatures. The inert gas supplied around the cathode acts as a protective shield, so that the oxygen is prevented from promoting the oxidation of the cathode. It can therefore be made from a material that has other special properties for this purpose.
Der Überdruck des Inertgases, das der Bohrung der ersten Anode mittels eines ringförmigen Spaltes und/oder eines Kranzes von Bohrungen um die Kathode zugeführt wird, verhindert daß Luft in Aufwärtsrichtung der Bohrung zurückdiffundiert und eine Korrosion der Kathode verursacht. Ein Ionenbeschuß der Kathode wird auf die Inertgasionen beschränkt, insbesondere die Argonionen allein. Jedoch ist auf diese Weise lediglich die Kathode abgeschirmt.The overpressure of the inert gas entering the bore of the first anode by means of an annular gap and / or a ring of bores around the cathode prevents air from entering Diffused back up the bore and caused corrosion of the cathode. Ion bombardment the cathode is limited to the inert gas ions, particularly the argon ions alone. However, only the cathode is shielded in this way.
Das zuerst genannte Gas, das im wesentlichen tangential und vorzugsweise in Abwärtsrichtung inThe first-mentioned gas, which is substantially tangential and preferably in a downward direction in
(f(f
die Plasmakammer eingeleitet wird, unterstützt eine Einschnürung des Bogens und verstärkt den Schutz des Brenners vor Zerstörung durch Wärme.the plasma chamber is initiated, supports a constriction of the arch and increases the protection of the burner from being destroyed by heat.
Ein weiterer Vorteil des Brenners liegt darin, daß der Fußpunkt des Bogens an der von der Kathode entfernten Stelle in der Bohrung der Anode gehalten wird und zusätzlich um diese Bohrung rotiert. Diese Maßnahme gewährleistet eine gleichmäßige Verteilung der Wärme in der Anodenöffnung und erlaubt eine wirksar ■ Anordnung von Kanälen für das Kühlwasser L ■ :rhalb der Anode infolge der Tatsache, daß der Fußpunkt des Bogens in longitudinaler Richtung fixiert ist.Another advantage of the torch is that the base of the arc is at that of the cathode remote point is held in the hole of the anode and also rotates around this hole. This Measure ensures even distribution of heat in the anode opening and allows an effective ■ arrangement of channels for the cooling water L ■: outside the anode due to the fact that the base of the arch is fixed in the longitudinal direction.
Bei einem Brenner, bei dem die Luft der überwiegende Bestandteil ist, bis zu 95 %, mit Argon als Restgas oder einem anderen Inertgas, ist die Bogenpannung höher und — bei gegebener Leistung. — ier von dem Brenner gezogene Strom niedriger als mit anderen Gasen, so daß die Erosion der Elektrode vermindert ist. Typische Arbeitsbedingungen ao -ind etwa 120 Volt und etwa 160 Ampere; jedoch ist ein größerer Spannungsbereich beispielsweise zwis. hen 100 und 300 Volt und ein Strombereich beispielsweise oberhalb 130 Ampere anwendbar.With a burner in which the air is the predominant component, up to 95%, with argon as Residual gas or another inert gas, the arc voltage is higher and - for a given power. - The current drawn by the torch is lower than with other gases, so that the erosion of the electrode is decreased. Typical working conditions ao -ind about 120 volts and about 160 amps; however is a larger voltage range, for example between. hen 100 and 300 volts and a current range for example applicable above 130 amps.
Der Brenner gestattet eine größere Länge des Bogens zu erhalten, so daß dadurch die Erosion der Elektroden bei gegebener Leistung zusätzlich vermindert wird, und zwar auf Grund der Tatsache, daß der Spannungsabfall am Bogen vergrößert und der Strom vermindert ist.The burner allows a greater length of the arch to be obtained, thus reducing the erosion of the Electrodes is additionally reduced for a given power, due to the fact that the voltage drop across the arc is increased and the current is reduced.
Ein Ausführungsbeispiel einer Brennerkonstruktion wird an Hand der Zeichnung erläutert, weiche einen schematischen axialen Schnitt durch einen Brenner zeigt.An embodiment of a burner construction is explained with reference to the drawing, soft shows a schematic axial section through a burner.
Bei dem dargestellten Brenner ist eine wassergekühlte Kathode 1 vorgesehen, wobei das Wasser bis zu einer Stelle oberhalb einer aus Wolfram gebildeten Spitze 2 mittels einer zentralen Leitung 3 zugeführt und in Aufwärtsrichtung durch einen Ringspalt 4 zwischen dieser Leitung und der Außenseite der Kathode weggeführt wird. Ein äußerer Teil 5 der Kathodenspitze 2 ist von umgekehrter konischer Gestalt und ist in einem umgekehrten konischen Raum 6 der Zündanode 7 angeordnet. Die Zündanode 7 ist mit einem zylindrischen Mantelwasserkühler 8 versehen, der diesen Raum und einen koaxialen Kanal 9 der Zündanode umgibt, welcher zu einer Plasmakammer 10 des Brenners führt. Oberhalb der Zündanode 7 erstreckt sich in Aufwärtsrichtung ein Isolierkörper 11, der von der Außenseite der Kathode 1 durch einen Ringspalt 12 getrennt ist, durch weichen Argon an einer Stelle 13 unter Überdruck zugeführt wird, beispielsweise bei einem Druck von weniger als 0,703 kg/cm2 und einem Durchsatz von etwa 0,22 bis 0,28 m3 pro Stunde.In the torch shown, a water-cooled cathode 1 is provided, the water being fed up to a point above a tip 2 made of tungsten by means of a central line 3 and carried away in an upward direction through an annular gap 4 between this line and the outside of the cathode. An outer part 5 of the cathode tip 2 is of an inverted conical shape and is arranged in an inverted conical space 6 of the ignition anode 7. The ignition anode 7 is provided with a cylindrical jacket water cooler 8, which surrounds this space and a coaxial channel 9 of the ignition anode, which leads to a plasma chamber 10 of the burner. Above the ignition anode 7, an insulating body 11 extends in the upward direction, which is separated from the outside of the cathode 1 by an annular gap 12 and is supplied by soft argon at a point 13 under excess pressure, for example at a pressure of less than 0.703 kg / cm 2 and a throughput of about 0.22 to 0.28 m 3 per hour.
In Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels oder zusätzlich zu dem Spalt 12 kann ein koaxialer Kranz von Bohrungen 15 vorgesehen sein, und zwar für die Zuleitung von Argon. Die Bodenfläche der Zündanode 7 ist von der Oberseite einer zweiten Anode, d. h. der eigentlichen Anode 16 mittels eines Ringkörpers 17 aus hitzebeständigem Isoliermaterial getrennt. Durch ihn sind quer verlaufende Bohrungen 18 geführt, über welche Druckluft zugeführt wird die in die Plasmakammer 10 im wesentlichen tangential und in Abwärtsrichtung eintritt; beispielsweise bei einem Druck von ungefähr 0,56 kg/cm2 und bei einem Durchsatz von ungc'.Jhr 4,8 m3 pro Stunde.In a modification of this exemplary embodiment or in addition to the gap 12, a coaxial ring of bores 15 can be provided, specifically for the supply of argon. The bottom surface of the ignition anode 7 is separated from the top of a second anode, ie the actual anode 16, by means of an annular body 17 made of heat-resistant insulating material. Transverse bores 18 are guided through it, via which compressed air is supplied which enters the plasma chamber 10 essentially tangentially and in a downward direction; for example at a pressure of approximately 0.56 kg / cm 2 and at a throughput of about 4.8 m 3 per hour.
Der Ringkörper 17 kann in geeigneter Weise aus einer Asbestmischung bestehen. Die Anode 16 weist einen zylinderförmigen Raum 19 für Wasser auf, der ihren zentralen Kanal 20 umgibt, welcher den Auslaß des Brenners bildet. Die Anoden 7, 16 können z. B. aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt sein.The ring body 17 can suitably consist of an asbestos mixture. The anode 16 has a cylindrical space 19 for water, which surrounds its central channel 20, which the Forms the outlet of the burner. The anodes 7, 16 can, for. B. made of copper or a copper alloy be made.
In konstruktiver Hinsicht können die Teile 11. 7, 17 und 16 mittels Bolzen miteinander verbunden sein, die sich in Längsrichtung der Anoden erstrekken; sie können auch durch Einbetten in ein hitzebeständiges Isoliermaterial fest zusammengehalten werden.In terms of construction, the parts 11, 7, 17 and 16 can be connected to one another by means of bolts be that extend in the longitudinal direction of the anodes; They can also be made by embedding them in a heat-resistant Insulating material are held together tightly.
Der negative Pol einer Energiequelle 21 ist mit der Kathode 1 und ihr positiver Ausgang mit der zweiten Anode 16 und weiterhin — getrennt — über einen Schalter 22 und einen Widerstand 22' mit der ersten Anode 7 verbunden. Beim Schließen des Schalters wird eine Spannung an die Kathode 1 und die erste Anode 7 angelegt, so daß der Pilot- oder Zündbogen, wie oben erwähnt, gezündet wird. Zum Zünden des Brenners geht der Bogen teilweise von selbst von der ersten Anode 7 auf die zweite Anode 16 über; durch öffnen des Schalters 22 ist der sogenannte Bogenübertragungs-Prozeß beendet Der Brenner arbeitet dann mit nicht übertragenem Lichtbogen. The negative pole of an energy source 21 is connected to the cathode 1 and its positive output to the second anode 16 and further - separately - via a switch 22 and a resistor 22 'with the first anode 7 connected. When the switch is closed, a voltage is applied to the cathode 1 and the first anode 7 is applied so that the pilot or ignition arc, as mentioned above, is ignited. To the When the burner is ignited, the arc goes partially by itself from the first anode 7 to the second anode 16 over; by opening the switch 22, the so-called sheet transfer process is ended The torch then works with a non-transferred arc.
Ein derartiger Brenner kann in geeigneter Weise bei einer Brennerspannung von ungefähr 170 Volt und mil dnem Brennerstrom von ungefähr 180 Ampere betrieben werden.Such a torch can suitably operate at a torch voltage of approximately 170 volts and with a torch current of approximately 180 amps operate.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (5)
Applications Claiming Priority (2)
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