DE3810620C1 - Plasma burner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Plasmabrenner nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Mit diesem Oberbegriff wird auf einen Plasmabrenner bezug genommen, wie er aus der DD-PS 83 890 oder GB-PS 13 15 145 bekannt geworden ist, wobei durch einen Schutzgasbecher eine den Plasmastrahl umgebende Schutzgasströmung erzeugt wird, wobei aus diesen Schriften nicht zu entnehmen ist, wozu diese Schutzgas­ strömung dienen soll. In der GB-PS 13 15 145 ist der Schutzgasbecher durch eine Schraub­ verbindung befestigt.

Ferner ist aus der DE 26 42 649 A1 ein Plasma­ brenner bekannt, bei dem eine Gas- oder Wasserströmug den Plasmastrahl umgibt. Dieser Plasmabrenner kann somit auch in großen Wassertiefen eingesetzt werden.

Bei der Weiterentwicklung der thermischen Schneidver­ fahren und ihrer wirtschaftlichen Nutzung müssen die hierbei auftretenden Umweltbelastungen berücksichtigt werden. Eine Verminderung der Fremdstoffkonzentration unter Beachten der geltenden Vorschriften verbessert die Arbeitsbedingungen und ist ein wichtiger Beitrag zur Humanisierung am Arbeitsplatz. Sie senkt aber auch die Kosten für das Reinigen und Instandsetzen von Maschine, Arbeitsplatz und Arbeitsraum erheblich.

Beim Brenn- und Plasmaschneiden wird der Werkstoff oder sein Oxid in flüssiger oder verdampfter Form aus der Schnittfuge getrieben. Hierbei entsteht auch Rauch mit mehr oder weniger hohem Staubanteil. Die höchste Staubkonzentration entsteht zunächst unter dem Werk­ stück, da der Werkstoff vom Druck des Gas- bzw. Plasma­ strahls nach unten geschleudert wird.

Bei Unterwasserplasmaschneiden wird der Metall- bzw. Oxidstaub praktisch völlig im Wasser gebunden. Beim Schneiden dickerer Werkstücke mit mehreren Brennern bilden sich über dem Wasserbecken leichte Dampf­ schwaden. Beim Schneiden über Wasser nimmt der Dampf auch Feinstaub auf, der sich bei Kondensation des Dampfes im Wasserbecken bzw. auf dem Schneidteil niederschlägt. Die Intensität der Dampfbildung hängt von der in das Werkstück eingebrachten Leistung, dem Wasservolumen und der Schneidzeit ab. Beim Plasmaschnei­ den mit einem Plasmagas, beispielsweise Sauerstoff, und einem Sekundärgas (Druckgas), z. B. Preßluft, können unter Wasser durch Einwirkung des Lichtbogens Stickstoffoxide entstehen. Deren Konzentrationen am Brenner sind im aufsteigenden Wasserdampf unter Umständen erheblich.

Diese Probleme sollen anhand der DE 36 40 037 A1 näher erläutert werden. Dort ist ein Plasmabrenner beschrie­ ben, mit dem die Umweltbelastungen durch eine den Plasmastrahl umgebende Gasströmung, welche ihrerseits von einer Flüssigkeitsströmung umgeben ist, verbessert werden soll. Der Plasmabrenner ist hierzu von einer am Brenner festgeschraubten Sicherungskappe umgeben, die eine nach innen vor­ springende umlaufende Kante besitzt und zusammen mit einer in ihr angeordneten Führungskappe einen Aus­ strömkanal für das Gas bildet. Das Gas wird zwischen der innen vorspringenden Kante und der Eckkante des zylindrischen Körpers unter einem Winkel auf eine sich waagerecht erstreckende Führungsfläche der Gasführungs­ kappe geleitet und strömt gegen die vorstehende Brennerdüse. Dies führt zum Auftreten von Wirbeln in der Gasströmung, so daß die beabsichtigte Wirkung nur bei den genannten hohen Druckgasmengen und einer sie umgebenden Flüssigkeitsströmung erzielbar sind. Es entstehen jedoch aufgrund der hohen Druckgasmengen erhebliche Mengen an Stickstoffmonoxid, die an der Unterseite der Werkstücke "entlangwandern" und unter anderem in Arbeitsplatznähe aufsteigen. Stickstoff­ monoxid wandelt sich in der Raumluft in das weit gefährlichere Stickstoffdioxid um. In schlecht belüf­ teten Räumen kann die zulässige Konzentration am Arbeitsplatz nach etwa 30 min um 30 bis 40% über­ schritten werden. Eine Erfassung und großflächige Absaugung dieser Oxide ist daher erforderlich, um die Vorschriften über die Fremdstoffkonzentrationen am Arbeitsplatz einhalten zu können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Plasmabrenner zu schaffen, der es ermöglicht, die Fremdstoffkonzentrationen am Arbeitsplatz soweit zu verringern, daß auf eine großflächige Absaugung ver­ zichtet werden kann. Dabei soll der Plasmabrenner bei unterschiedlichen Bearbeitungsaufgaben leicht einstell­ bar sein.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Plasma­ brenner durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruches 1 gelöst.

Durch die axial verstellbare Gasdüse kann eine kegelige, turbulenzfreie Gasströmung in einfacher Weise an unterschiedliche Bearbeitungsparameter beim Unterwasserplasmaschneiden, beispielsweise an den hydrostatischen Druck, eingestellt bzw. angepaßt werden. Über die gleichmäßige Zuführung des Gases zu dem Ausströmkanal und einen mit Zentriermitteln genau einstellbaren Ausströmspalt wird eine gleich­ mäßig den Plasmastrahl umgebende Gasströmung er­ reicht. In der Praxis kann hierdurch der Plasmabrenner bei gleicher Schneidqualität mit einer geringeren Gasmenge pro Minute als bei dem vorbekannten Brenner betrieben werden. Eine Flüssigkeitsströmung ist nicht erforderlich.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dar­ gestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Plasmabrenner 10 tritt das Gas, beispielsweise Preßluft, durch den Gas­ anschluß 11 in den ringförmigen Einströmraum 12 ein und strömt über ringförmig nebeneinander angeordnete Bohrungen 13 in einen mit dem Ausströmkanal 14 verbunden­ en Ausströmraum 15. Hierzu ist der Plasmabrenner 10, insbesondere ein Sauerstoff-Plasma-Schneidbrenner, von einem Grundkörper 16 umgeben, der gasdicht an dem Brennerrohr 17 befestigt ist. An den Grundkörper 16 ist eine Gasdüse 18 so gasdicht angeschlossen, daß eine axiale Bewegung der Gasdüse 18 ermöglicht ist.

Zwischen der Gasdüse 18 und der Brennerdüse 20 ist eine Führungskappe 19 an dem Plasmabrenner 10 befestigt. Die Führungskappe 19 umgibt die Brennerdüse 20 nahezu vollständig und ist in ihrem unteren Abschnitt 21 an der Oberfläche 22 konisch ausgebildet. Parallel zu dieser konischen Oberfläche 22 verläuft die Öffnung 23 der Gasdüse. Die Öffnung 23 und die Oberfläche 22 bilden den Ausströmkanal 14. Die Gasdüse 18 ist über eine Ge­ windeverbindung 24 mit der Führungskappe 19 verbunden und in ihrer Lage verstellbar. Wie aus der Zeichnung er­ sichtlich, führt eine Verstellung (Drehung) der Gas­ düse 18 zu einer Vergrößerung oder Verkleinerung des Ausströmkanals 14. Dabei verlaufen die Öffnung 23 und die Oberfläche 22 unter einem Gasführungswinkel 25, der ein Auftreffen der Gasströmung 26 auf der Brennerdüse 20 ausschließt. Es ist offensichtlich und bedarf keiner näheren Erläuterung, daß dieser Winkel 25 in Abhängig­ keit von der Ausbildung der Brennerdüse 20 unterschied­ liche Werte aufweisen kann. Über die nach dem Aus­ strömkanal 14 bis nahezu an die Anschlußkante der Brennerdüse 20 weiter verlaufende konische Oberflächen 22 der Führungskappe 19 wird die Gasströmung 26 auch nach dem Austritt aus dem Ausströmkanal 14 weiter­ geführt. An die konische Oberfläche 23 der Führungs­ kappe 19 schließt sich ein zylindrischer Abschnitt 28 an, der mit einer den Ausströmraum 15 umgebenden zylind­ rischen Führungsfläche 29 der Gasdüse die konische Ober­ fläche 22 zur Öffnung 23 ausrichtet. Über eine in die Gasdüse 18 eingeschraubte und mit ihrer Stirnseite 30 an die Führungskappe 19 angeklemmte Schraube 27 wird eine Verdrehung der Gasdüse 18 verhindert.

An der Außenseite der Gasdüse 18 ist eine Ansatzfläche 31 für ein Verstellwerkzeug vorgesehen.

Claims (5)

1. Plasmabrenner mit einer in seinem Grundkörper ange­ ordneten Elektrode mit einer Strömungserzeugungsein­ richtung für ein angrenzend an und rings um die Elektrode strömendes und ionisierbares Gas zur Erzeugung eines Plasmas, mit einer Brennerdüse zum Erzeugen eines gegen ein Werkstück gerichteten Plasmastrahls und einer Gasströmungserzeugungseinrichtung, um mit einem unter Druck stehenden Gas eine Gasströ­ mung zu erzeugen, die den Plasmastrahl von der Brennerdüse bis zu dem Werkstück (18) umschließt, wobei die Gasströmungserzeugungseinrichtung aus einer mit dem Plasmabrenner (10) verbundenen Führungskappe (19) und einer diese umgebenden Gasdüse (18) besteht, und die Führungskappe (19) in ihrem unteren Abschnitt an der Oberfläche (22) konisch ausgebildet ist und die Brennerdüse (20) nahezu vollständig umschließt und wobei die Gas­ düse (18) eine parallel zu der konischen Oberfläche (22) der Führungskappe verlaufende Öffnung (23) aufweist, welche mit der konischen Oberfläche (22) einen Ausströmkanal (14) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß für eine bestimmte Gasströmung der Ausström­ kanal (14) aufgrund einer axialen Verstellung der Gasdüse (18) in seinem Querschnitt einstellbar ist.

2. Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Oberfläche (22) und die Öffnung (23) unter einem Gasführungswinkel (25) verlaufen, der ein Auftreffen der Gasströmung auf die Brennerdüse (20) ausschließt.

3. Plasmabrenner nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gasdüse (18) mit einem den Gasanschluß (11) tragenden Grundkörper (16) gasdicht verbunden ist,
daß zwischen dem Grundkörper (16) und dem Plasma­ brenner (10) ein ringförmiger Einströmraum (12) für das Gas ausgebildet ist und
daß dieser ringförmige Einströmraum (12) über einen ringförmigen Gasspalt oder über ringförmig nebenein­ ander angeordnete Bohrungen (13) mit einem vor dem Ausströmkanal (14) ausgebildeten ringförmigen Aus­ strömraum (15) der Gasdüse (18) verbunden ist.

4. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdüse (18) Mittel (29) für das An- oder Einlegen von Verstellwerkzeugen aufweist.

5. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdüse (18) und/oder der Führungskappe (19) Mittel (28, 29) zum Ausrichten der Öffnung (23) zur konischen Oberfläche (22) zugeordnet sind.