DE3840485A1 - LIQUID-COOLED PLASMA TORCH WITH TRANSFERED ARC - Google Patents

LIQUID-COOLED PLASMA TORCH WITH TRANSFERED ARC

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Abstract

The invention relates to a fluid-cooled plasma burner with transferred arc in which the coolant, electric power and gas are taken via ignition and main electrode lances consisting of coaxial pipes to the ignition and main electrode. To improve the design of the burner, minimise heat losses from the burner jacket and improve the burner efficiency, it is proposed to provide a common coolant circuit (41, 35, 36, 43) for the ignition (16) and main electrode (27, 28) lances.

Description

Die Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Plasmabrenner mit übertragenem Lichtogen, dessen Kühlflüssigkeit, Strom und Gas über aus koaxialen Rohren bestehende Zünd- und Hauptelektrodenlanzen zur Zünd- und Hauptelektrode geführt werden.The invention relates to a liquid-cooled Plasma torch with transferred lamp, whose Coolant, electricity and gas over from coaxial Pipe existing ignition and main electrode lances to the ignition and main electrode.

Plasmabrenner dieser Art sind z.B. aus der DE-OS 29 00 330 bekannt und bestehen im wesentlichen aus den Hauptkomponenten Brennermantel mit Düse, Hauptelektrodenlanze mit Hauptelektrode und Zündelektrodenlanze mit Zündelektrode.Plasma torches of this type are e.g. from the DE-OS 29 00 330 known and consist essentially of the main components of the burner jacket with nozzle, Main electrode lance with main electrode and Ignition electrode lance with ignition electrode.

Dabei sind nach dem Stand der Technik alle drei genannten Komponenten baulich für sich bestehende, voneinander elektrisch isolierte Einheiten mit eigener Wasserkühlung. Sowohl die Zündelektrodenlanze als auch die Hauptelektrodenlanze sind je für sich flüssigkeitsgekühlt; jede Lanze besteht aus Rohren, die koaxial zueinander angeordnet sind. Das Außenrohr der Zündelektrodenlanze ist zur Zündelektrode hin stirnseitig geschlossen und nimmt die Zündelektrode auf. Das Innenrohr der Zündelektrodenlanze läßt zur Stirnwand des Außenrohres bzw. der Zündelektrode einen Spalt, durch den die Verbindung für die Kühlflüssigkeit zwischen der Zentralbohrung des Innenrohres und dem Ringkanal zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr hergestellt wird. Der Strom wird über das Außenrohr zur Zündelektrode geführt.All three are state of the art components mentioned structurally for themselves, units electrically insulated from one another own water cooling. Both the Ignition electrode lance as well Main electrode lance are each on their own liquid cooled; each lance consists of tubes, which are arranged coaxially to each other. The The outer tube of the ignition electrode lance is for Ignition electrode closed on the face and takes the ignition electrode. The inner tube of the Ignition electrode lance to the front wall of the Outer tube or the ignition electrode a gap, through which the connection for the coolant between the central bore of the inner tube and the Annular channel between the inner tube and the outer tube  will be produced. The electricity is through the outer tube led to the ignition electrode.

Das Außenrohr der Zündelektrodenlanze ist über elektrisch isolierende Abstandshalter oder Hülsen im Innenrohr der Hauptelektrodenlanze geführt. Über den sich zwischen dem Außenrohr und der Zündelektrodenlanze und dem Innenrohr der Hauptelektrodenlanze ergebenden Ringkanal wird das Zündplasmagas an die Zündelektrode und die sie umhüllende, düsenförmig ausgebildete Zentralbohrung der Hauptelektrode geleitet.The outer tube of the ignition electrode lance is over electrically insulating spacers or sleeves guided in the inner tube of the main electrode lance. over between the outer tube and the Ignition electrode lance and the inner tube of the The main electrode lance resulting ring channel is Ignition plasma gas to the ignition electrode and it enveloping, nozzle-shaped central bore the main electrode.

Für die Kühlung der Hauptelektrode wird nach dem Stand der Technik eine aus drei koaxial angeordneten Rohren bestehende Hauptelektrodenlanze verwendet. Hierdurch wird ein Vorlauf- und Rücklaufringkanal für die an der Innenstirnwand der Hauptelektrode umgeleitete Kühlflüssigkeit geschaffen. Die Stromzufuhr zur Hauptelektrode kann je nach Ausführung der Verbindung zwischen der Elektrode und der Lanze über das Innen- und/oder Außenrohr der Hauptelektrodenlanze erfolgen. Die elektrische Isolierung zwischen dem Außenrohr der Hauptelektrodenlanze und dem Innenrohr des Brennermantels und der Düse wird mittels Abstandshalter in der Weise ausgeführt, wie sie oben bezüglich der Stirnelektrodenlanze beschrieben ist. In entsprechender Weise wird auch das Hauptplasmagas in den Bereich zwischen der Hauptelektrode und der Düse geleitet.For the cooling of the main electrode after the State of the art one out of three coaxial arranged tubes existing main electrode lance used. This is a lead and Return ring channel for the on the inner end wall of the Main electrode redirected coolant created. The power supply to the main electrode can depending on the execution of the connection between the Electrode and the lance over the interior and / or Outer tube of the main electrode lance. The electrical insulation between the outer tube of the Main electrode lance and the inner tube of the Burner jacket and the nozzle is by means of Spacers run in the way they do described above with respect to the forehead electrode lance is. In a corresponding way, that too Main plasma gas in the area between the Main electrode and the nozzle directed.

Nachteiligerweise sind die nach dem Stand der Technik bekannten Plasmabrenner baulich sehr aufwendig und weisen relativ hohe Wärmeverluste entlang ihrer Mantelflächen auf.Disadvantageously, according to the state of the art Technically known plasma torch very structurally complex and have relatively high heat losses along their lateral surfaces.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den eingangs genannten Plasmabrenner derart weiterzuentwickeln, daß dessen Aufbau vereinfacht wird, bisher auftretende Wärmeverluste reduziert und ein besserer Wirkungsgrad erzielt werden kann.It is therefore an object of the present invention the plasma torch mentioned at the beginning further develop that simplifies its construction is, previously occurring heat losses are reduced and better efficiency can be achieved.

Diese Aufgabe wird durch einen gemeinsamen Kühlkreislauf für die Zündelektrodenlanze und die Hauptelektrodenlanze gelöst. Vorteilhafterweise können hierdurch nicht nur Kosten für Rohre und Abdichtungen eingespart werden, sondern die gesamte Kühlwasserversorgung des Plasmabrenners wird entscheidend vereinfacht. Darüber hinaus kann der Durchmesser des Plasmabrennerschaftes wesentlich kleiner gehalten werden, was einer direkten Reduzierung der von außen temperaturbeaufschlagten Brennermantelfläche entspricht, d.h. die Wärmeverluste des Mantels nehmen ab und der Wirkungsgrad des Brenners wird verbessert. Auch erlaubt ein kleinerer Brennerschaftdurchmesser mehr Universalität hinsichtlich der Einsatz- und Einbaumöglichkeiten von Plasmabrennern in Gefäßen verschiedener Art und Größe, wie z.B. in einen Schmelzofen, eine Pfanne, einen Tundish oder in eine Vakuumanlage.This task is shared by a Cooling circuit for the ignition electrode lance and the Main electrode lance released. Advantageously can not only cost for pipes and Seals can be saved, but the entire Cooling water supply to the plasma torch significantly simplified. In addition, the The diameter of the plasma torch is significant be kept smaller, which is a direct Reduction of external temperatures Corresponds to the burner surface, i.e. the Heat losses of the jacket decrease and the Burner efficiency is improved. Also allows a smaller burner shaft diameter more Universality in terms of deployment and Possibility of installing plasma torches in vessels various types and sizes, e.g. in a Melting furnace, pan, or tundish a vacuum system.

Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen beschrieben. Dadurch, daß die Zündelektrodenlanze gegenüber den Kühlflüssigkeitskanälen abgedichtet und gegenüber der Hauptelektrodenlanze bzw. Hauptelektrode elektrisch isoliert ist, kann das Zündgas unmittelbar in der Zündelektrodenlanze geführt werden, wobei diese gleichzeitig von außen gekühlt wird. Vorzugsweise bestehen die Hauptelektroden- und Zündelektrodenlanze aus insgesamt nur drei koaxial zueinander angeordneten Rohren, wobei die Kühlflüssigkeit in den miteinander verbundenen Ringkanälen zwischen dem Außenrohr und dem Mittelrohr einerseits und zwischen dem Mittelrohr und dem Innenrohr andererseits geführt wird. Hiermit wird dem Umstand Rechnung getragen, daß die Hauptelektrode das Bauteil ist, das der größten Kühlung bedarf. Dabei wird der Hauptelektrodenstrom über das Außenrohr und der Zündelektrodenstrom über das Innenrohr geführt.Further developments of the inventive concept are in the Subclaims described. Because the Ignition electrode lance opposite the Coolant channels sealed and opposite the main electrode lance or main electrode is electrically isolated, the pilot gas led directly in the ignition electrode lance be, this from the outside at the same time is cooled. Preferably, the Main electrode and ignition electrode lance off a total of only three coaxially arranged  Pipes, the coolant in the interconnected ring channels between the Outer tube and the middle tube on the one hand and between the center tube and the inner tube on the other hand. Hereby the circumstance Taken into account that the main electrode Component that needs the greatest cooling. Here the main electrode current is through the outer tube and the ignition electrode current through the inner tube guided.

Damit die Kühlung des Innenrohres trotz des Isolationsschlauches, der von außen hierüber gezogen ist, noch hinreichend ist, wird ein entsprechend dünnwandiger Isolationsschlauch gewählt, der jedoch vorzugsweise hochelastisch und hochtemperaturfest sein soll. Zur Zentrierung der Zündelektrodenlanze dienen eine oder mehrere Hülsen.So that the cooling of the inner tube despite the Isolation hose from the outside is drawn, is still sufficient, will accordingly thin-walled insulation hose chosen, but which is preferably highly elastic and should be resistant to high temperatures. To center the Ignition electrode lance serve one or more Sleeves.

Das Mittelrohr setzt sich im Bereich der Hauptelektrode durch ein im wesentlichen ringförmiges Umlenkteil fort, das stirnseitig eine Verbindung zwischen den beidseitig hiervon liegenden Kühlflüssigkeitsringkanälen frei läßt. Dabei sind das Mittelrohr, das genannte Umlenkteil und die Hülse zur Zentrierung der Zündelektrodenlanze aus nichtleitendem Material, vorzugsweise Kunststoff. Dadurch wird eine möglicherweise durch das Kühlmedium verursachte Reduzierung des Übergangswiderstandes zwischen Zünd- und Hauptelektrode verhindert. Hingegen sind die Zündelektrode und die Gasdüse, in den der zylindrische Innenraum der Zündelektrodenlanze übergeht, elektrisch leitend. Die Düsenwirkung der Gasdüse wird dadurch begünstigt, daß die entsprechenden Zündgasführungskanäle konisch nach außen geführt werden, vorzugsweise in Form von mehreren Einzelbohrungen, die im Bereich der Hauptelektrode bzw. des Außlasses wieder zusammengeführt werden.The middle tube sits in the area of Main electrode by an essentially ring-shaped deflecting part continues, the front one Connection between the two sides of this lying coolant ring channels free. Here are the center tube, the mentioned deflecting part and the sleeve for centering the Ignition electrode lance made of non-conductive material, preferably plastic. This will make one possibly caused by the cooling medium Reduction of the contact resistance between Ignition and main electrode prevented. However, are the ignition electrode and the gas nozzle in which the cylindrical interior of the ignition electrode lance passes over, electrically conductive. The nozzle effect of the Gas nozzle is favored in that the corresponding pilot gas guide channels conically  be performed outside, preferably in the form of several single holes in the area of Main electrode or the outlet again be brought together.

Die Gasdüse und die Hauptelektrode sind über eine ringförmige Isolierhülse miteinander verbunden, wobei diese Hülse aus einem hochtemperaturfesten Kunststoff, einer druckflüssigkeitsdichten Keramik oder einem Verbundmaterial aus einem Kunststoff, einem Metall und einer Keramik bestehen kann. Der Isolationsschlauch wird überlappend und dichtend über die Gasdüse und einen Teil der Isolierhülse geführt, um die Flüssigkeitsisolierung zu verbessern. Die zwischen der Außenfläche der Gasdüse und der Innenfläche der Isolierhülse vorgesehene O-Ringdichtung, die in einer entsprechenden Nut der Gasdüse liegt, optimiert die Dichtigkeit. Die Hauptelektrode selbst ist topfartig ausgebildet und elektrisch leitend mit dem Außenrohr verbunden. Zwischen diesen Teilen wird zwecks Dichtigkeit eine O-Ringdichtung eingesetzt. Eine weitere O-Richdichtung befindet sich im Überlappungsbereich von Isolierhülse und Hauptelektrode.The gas nozzle and the main electrode are over one annular insulating sleeve connected to each other, this sleeve made of a high temperature resistant Plastic, a fluid-tight Ceramic or a composite material from one Plastic, a metal and a ceramic consist can. The insulation hose becomes overlapping and sealing over the gas nozzle and part of the Insulation sleeve guided to the liquid insulation to improve. The between the outer surface of the Gas nozzle and the inner surface of the insulating sleeve provided O-ring seal, which in a appropriate groove of the gas nozzle is located, optimizes the Tightness. The main electrode itself is pot-shaped and electrically conductive with connected to the outer tube. Between these parts becomes an O-ring seal for tightness used. Another O-Rich seal is located itself in the overlap area of the insulating sleeve and Main electrode.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, das Innenrohr und/oder die Gasdüse aus Kupfer zu fertigen. Die Zündelektrode sollte aus Wolfram bestehen, wobei aus fertigungstechnischen Gründen die Zündelektrode in ihrem oberen konisch geformten Teil mit Kupfer umgossen werden kann und der betreffende Gußblock die Gasdüse bildet.It has proven to be advantageous that Inner tube and / or the gas nozzle made of copper too manufacture. The ignition electrode should be made of tungsten exist, for manufacturing reasons the ignition electrode in its upper conical shape Part can be cast around with copper and the Cast block in question forms the gas nozzle.

Um in den Strömungskanälen für das Zündgas eine möglichst laminare Strömung zu erzielen, ist das Innenrohr im unteren Teilbereich konisch erweitert und der Konizität der sich anschließenden Bohrungen angepaßt.To a in the flow channels for the ignition gas To achieve a flow that is as laminar as possible is that Inner tube expanded conically in the lower section  and the taper of the subsequent holes customized.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is in the Drawing shown and is closer below explained. Show it:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Plasmabrenner in einem Längsschnitt und Fig. 1 shows a plasma torch according to the invention in a longitudinal section and

Fig. 2 die Befestigung der Zündelektrode in einem Längsschnitt in vergrößerter Darstellung. Fig. 2 shows the attachment of the ignition electrode in a longitudinal section in an enlarged view.

Der Plasmabrenner weist als Hauptkomponenten eine Zünd- oder Hilfselektrode 11, eine Haupt- oder Düsenelektrode 12 und eine Düse 13 auf, die jeweils elektrisch voneinander isoliert sind.The main components of the plasma torch are an ignition or auxiliary electrode 11 , a main or nozzle electrode 12 and a nozzle 13 , which are each electrically insulated from one another.

Die in ihrem Querschnitt kreisrunde Zündelektrode 11 ist mit ihrem oberen, konischen Ende 11′ in einer Gasdüse 14 eingebettet, die wiederum an einer Zündlanze befestigt ist, die - im Unterschied zu bekannten Plasmabrennern - aus nur einem einzigen Rohr 16 besteht. Der zylindrische Innen- oder Hohlraum 17 des Rohres 16 geht in seinem an die Gasdüse 14 angrenzenden, unteren Bereich in eine konische Erweiterung 18 mit dem Kegelwinkel γ über. Die Gasdüse 14 weist mehrere, z.B. zehn am Umfang gleichmäßig verteilte Bohrungen oder Durchgangslöcher 19 auf. Die Achsen der Bohrungen 19 sind auf einer (gedachten) Kegelfläche (19′) derart angeordnet, daß die Bohrungen 19 an ihrem dem Rohr 16 zugewandten Ende enger beieinander sind (als an ihrem der Zündelektrode 11 zugewandten Ende) und mit ihrem dem Rohr 16 zugewandten Ende insgesamt innerhalb des Hohlquerschnitts der konischen Erweiterung 18 liegen. Der Konuswinkel der (gedachten) Kegelfläche 19′ ist in Fig. 2 mit β bezeichnet. Das Innenrohr 16 wird vorzugsweise aus Kupfer hergestellt, während die Zündelektrode 11 aus Wolfram ist. Hierbei bietet es sich an, die Zündelektrode 11 zu einem Halbzeug folgendermaßen vorzufertigen: Die Zündelektrode 11 wird zu einem Stab mit einem Konus 11′ mit einem Kegelwinkel vorgearbeitet und anschließend im Gießverfahren mit Kupfer in den für die Gasdüse 14 erforderlichen Abmessungen umgossen. Das so hergestellte Halbzeug wird durch Fertigung der Bohrungen 19 endbearbeitet und mit dem Rohr 16 verbunden. Durch den Neigungswinkel (= halber Kegelwinkel β) der Bohrungen 19 in der Gasdüse 14 werden die Position des durch den Gasstrom gekühlten Bereichs und die Intensität der Kühlung bestimmt. Durch den geringen Abstand der Bohrungen 19 ist der dem Rohr 16 zugewandte Bereich der Gasdüse stärker gekühlt als der der Zündelektrode 11 zugewandte Bereich. Demzufolge wird der Kegelwinkel α des oberen kegelförmigen Teils 11′ der Zündelektrode 11 so gewählt, daß die gesamte Strecke der Verbindung zwischen der Gasdüse 14 und der Zündelektrode 11 gleichmäßig zur Stromübertragung und Wärmeleitung genutzt wird.The ignition electrode 11, which is circular in cross section, is embedded with its upper, conical end 11 'in a gas nozzle 14 , which in turn is attached to an ignition lance which, in contrast to known plasma torches , consists of only a single tube 16 . The cylindrical inner or cavity 17 of the tube 16 merges into a conical extension 18 with the cone angle γ in its lower region adjoining the gas nozzle 14 . The gas nozzle 14 has a plurality of bores or through holes 19 , for example ten evenly distributed on the circumference. The axes of the bores 19 are arranged on an (imaginary) conical surface ( 19 ') in such a way that the bores 19 are closer together at their end facing the tube 16 (than at their end facing the ignition electrode 11 ) and with their end facing the tube 16 Total end within the hollow cross section of the conical extension 18 . The cone angle of the (imaginary) conical surface 19 'is designated in Fig. 2 with β . The inner tube 16 is preferably made of copper, while the ignition electrode 11 is made of tungsten. It makes sense to prefabricate the ignition electrode 11 as a semi-finished product as follows: the ignition electrode 11 is prepared into a rod with a cone 11 'with a cone angle and then cast with copper in the dimensions required for the gas nozzle 14 . The semi-finished product thus produced is finished by manufacturing the bores 19 and connected to the tube 16 . The position of the region cooled by the gas flow and the intensity of the cooling are determined by the angle of inclination (= half the cone angle β ) of the bores 19 in the gas nozzle 14 . Due to the small spacing of the bores 19 , the area of the gas nozzle facing the tube 16 is cooled more than the area facing the ignition electrode 11 . Accordingly, the cone angle α of the upper conical part 11 'of the ignition electrode 11 is chosen so that the entire distance of the connection between the gas nozzle 14 and the ignition electrode 11 is used evenly for power transmission and heat conduction.

Die Gasdüse 14 ist an ihrer Außenseite mit einem Ende einer elektrisch isolierenden Hülse 20 umgeben. Mit ihrem anderen Ende umschließt die Isolierhülse 20 einen zylindrischen Flansch 21 der Hauptelektrode 12. Durch einen ringförmigen Vorsprung 22 an der Innenseite der Hülse 20 werden die Gasdüse 14 und die Hauptelektrode 12 mit ihrem Flansch 21 auf Abstand gehalten. Die Isolierhülse 20 dient demnach als mechanisches Bindeglied zwischen der Gasdüse 14 und der Hauptelektrode 12 und bewirkt eine exakte Positionierung der Zündelektrode 11 in bezug auf die Hauptelektrode 12. Die Isolierhülse 20 besteht vorzugsweise aus einem hochtemperaturfesten Kunststoff und/oder druckflüssigkeitsdichter Keramik oder aus einem Verbund aus Kunststoff, Metall und Keramik.The outside of the gas nozzle 14 is surrounded by one end of an electrically insulating sleeve 20 . The other end of the insulating sleeve 20 encloses a cylindrical flange 21 of the main electrode 12 . The gas nozzle 14 and the main electrode 12 are kept at a distance with their flange 21 by an annular projection 22 on the inside of the sleeve 20 . The insulating sleeve 20 accordingly serves as a mechanical link between the gas nozzle 14 and the main electrode 12 and effects an exact positioning of the ignition electrode 11 in relation to the main electrode 12 . The insulating sleeve 20 preferably consists of a high-temperature-resistant plastic and / or pressure-fluid-tight ceramic or of a composite of plastic, metal and ceramic.

Die Hauptelektrode 12 weist einen zentralen Durchlaß 23 auf, der über eine Teillänge insbesondere im Bereich des zylindrischen Flansches 21 mit der Außenfläche der Zündelektrode 11 einen ringförmigen Kanal 24 bildet. Der Innendurchmesser des ringförmigen Vorsprungs 22 ist gleich dem Innendurchmesser des daran anschließenden Flansches 21 bzw. des Durchlasses 23 der Hauptelektrode 12. Die Bohrungen 19 liegen mit ihrem Ausgang sämtlich innerhalb der durch diesen Durchmesser gegebenen Fläche.The main electrode 12 has a central passage 23 which forms a ring-shaped channel 24 with the outer surface of the ignition electrode 11 over a partial length, in particular in the region of the cylindrical flange 21 . The inner diameter of the annular projection 22 is equal to the inner diameter of the adjoining flange 21 or the passage 23 of the main electrode 12 . The bores 19 all lie within the area given by this diameter.

Das Rohr 16 ist an seiner Außenseite von einem leicht montierbaren und demontierbaren dünnwandigen, hochtemperaturfesten und hochelastischen Isolationsschlauch 25 überzogen, der noch die Gasdüse 14 und einen Teil der Isolierhülse 20 ringförmig umgreift. Statt des Isolationsschlauches kann auch eine elektrisch isolierende Beschichtung vorgesehen sein.The tube 16 is covered on its outside by an easily mountable and removable thin-walled, high-temperature-resistant and highly elastic insulation hose 25 , which still surrounds the gas nozzle 14 and part of the insulating sleeve 20 in a ring. Instead of the insulation hose, an electrically insulating coating can also be provided.

Die Hauptelektrode 12 ist mit einem äußeren zylindrischen Teil 26 stromleitend und druckflüssigkeitsdicht mit einem Rohr 28 verbunden. Zwischen dem Rohr 28 und dem Rohr 16 ist ein weiteres Rohr 27 angeordnet, das an seinem unteren Ende ein Umlenkteil 29 trägt. The main electrode 12 is connected to an outer cylindrical part 26 in a current-conducting and fluid-tight manner with a tube 28 . Another tube 27 is arranged between the tube 28 and the tube 16 , which carries a deflection part 29 at its lower end.

Wegen ihrer koaxialen Anordnung werden die Rohre 16, 27, 28 im folgenden auch als Innenrohr 16, Mittelrohr 27 und Außenrohr 28 bezeichnet. Dabei stellt das Innenrohr 16 mit der Gasdüse 14 die Zündelektrodenlanze dar und diese bilden zusammen mit der Hülse 20 und dem Mittel- und dem Außenrohr 27 bzw. 28 die Hauptelektrodenlanze.Because of their coaxial arrangement, the tubes 16 , 27 , 28 are also referred to below as the inner tube 16 , middle tube 27 and outer tube 28 . The inner tube 16 with the gas nozzle 14 represents the ignition electrode lance and these form the main electrode lance together with the sleeve 20 and the middle and outer tubes 27 and 28 .

Zur koaxialen Zentrierung des Innenrohres 16 dienen mit achsparallelen Durchlässen versehene Hülsen 31 aus elektrisch isolierendem Material, die einerseits an den Isolationsschlauch 25 und andererseits an der Innenseite des Mittelrohres 27 anliegen.For coaxial centering of the inner tube 16 , sleeves 31 made of electrically insulating material and having axially parallel passages are used, which bear on the one hand on the insulation tube 25 and on the other hand on the inside of the center tube 27 .

Das Mittelrohr 27 sowie das sich anschließende Umlenkteil 29 als auch die Zentrierhülsen 31 bestehen vorzugsweise aus Kunststoff, was außer der elektrischen Isolation Gewichtsersparnisse mit sich bringt.The center tube 27 and the adjoining deflection part 29 as well as the centering sleeves 31 are preferably made of plastic, which in addition to the electrical insulation brings weight savings.

Der Gasdurchfluß für die Zündelektrode 11 erfolgt über den symbolisch angedeuteten Zündgasanschluß 32, den Hohlraum 17, die Bohrungen 19 und den Ringkanal 24. Durch das kalte Zündplasmagas wird die durch das Rohr 16 gebildete Zündelektrodenlanze innen gekühlt. Bei gezündetem Zündlichtbogen zwischen der Zündelektrode 11 und der Hauptelektrode 12 tritt das Zündplasmagas als Plasmastrahl aus der Zentralbohrung 23 der Hauptelektrode 12 aus.The gas flow for the ignition electrode 11 takes place via the symbolically indicated ignition gas connection 32 , the cavity 17 , the bores 19 and the annular channel 24 . The ignition electrode lance formed by the tube 16 is cooled on the inside by the cold ignition plasma gas. When the ignition arc is ignited between the ignition electrode 11 and the main electrode 12 , the ignition plasma gas emerges as a plasma jet from the central bore 23 of the main electrode 12 .

Der Durchfluß des Gases für den zwischen der Hauptelektrode 12 und einem anderen Pol, z.B. einer Metallschmelze, zu zündenden Haupt- oder Leistungslichtbogen erfolgt über den symbolisch angedeuteten Plasmagasanschluß 33 und den Ringkanal 34, der durch die Außenfläche des Außenrohres 28 und der Hauptelektrode 12 einerseits und die Innenfläche des Brennermantels und der Düse 13 andererseits gebildet ist.The flow of the gas for the main or power arc to be ignited between the main electrode 12 and another pole, for example a molten metal, takes place via the symbolically indicated plasma gas connection 33 and the annular channel 34 which , on the one hand, and through the outer surface of the outer tube 28 and the main electrode 12 the inner surface of the burner jacket and the nozzle 13 is formed on the other hand.

Zwischen dem Innenrohr 16 und dem Mittelrohr 27 und zwischen dem Mittelrohr 27 und dem Außenrohr 28 ist jeweils ein Ringkanal 35 bzw. 36 zum Durchfluß eines flüssigen Kühlmittels vorhanden. Beide Ringkanäle 35, 36 sind zwischen dem Umlenkteil 29 und dem Stirnteil der Hauptelektrode 12 miteinander verbunden. Die durch das Innenrohr 16 gebildete Zündelektrodenlanze wird durch den Kühlmittelfluß ebenfalls erfaßt.Between the inner tube 16 and the central tube 27 and between the central tube 27 and the outer tube 28 there is an annular channel 35 and 36 for the flow of a liquid coolant. Both ring channels 35 , 36 are connected to one another between the deflection part 29 and the end part of the main electrode 12 . The ignition electrode lance formed by the inner tube 16 is also detected by the coolant flow.

Elektrisch ist die Zündelektrode 11 über die Gasdüse 14, das Innenrohr 16 und den an diesem befindlichen, symbolisch angedeuteten Stromanschluß 37 mit einem Pol einer (nicht dargestellten) Strom- bzw. Spannungsquelle verbunden. Die Hauptelektrode 12 ist über das Außenrohr 28 und der an diesem befindlichen, ebenfalls symbolisch angedeuteten Stromanschluß 39 mit einem anderen Pol der Strom- bzw. Spannungsquelle verbunden.Electrically, the ignition electrode 11 is connected to a pole of a (not shown) current or voltage source via the gas nozzle 14 , the inner tube 16 and the symbolically indicated current connection 37 located thereon. The main electrode 12 is connected to another pole of the current or voltage source via the outer tube 28 and the current connection 39 located there, which is also symbolically indicated.

Zur Kühlung sowohl der Zündelektrode 11 als auch der Hauptelektrode 12 wird ein flüssiges Kühlmittel über den symbolisch angedeuteten Kühlmittelanschluß bzw. -eintritt 41 in den Ringkanal 35 eingegeben und unter dem Umlenkteil 29 durch den Ringkanal 36 zu dem symbolisch angedeuteten Kühlmittelabfluß bzw. -austritt 43 zurückgeleitet. Dabei wird das den Strom zur Hauptelektrode 12 führende Außenrohr 28 durch die Wasserführung innen gekühlt. Außerdem wird das Außenrohr 28 durch das zur Hauptelektrode 12 durch den Ringkanal 34 strömende kalte Hauptplasmagas gekühlt.To cool both the ignition electrode 11 and the main electrode 12 , a liquid coolant is introduced into the ring channel 35 via the symbolically indicated coolant connection or inlet 41 and is returned under the deflection part 29 through the ring channel 36 to the symbolically indicated coolant outlet or outlet 43 . The outer tube 28 carrying the current to the main electrode 12 is cooled internally by the water supply. In addition, the outer tube 28 is cooled by the cold main plasma gas flowing to the main electrode 12 through the annular channel 34 .

Zur Abdichtung des Kühlmittelkreislaufs durch die Ringkanäle 35, 36 sind Dichtungen in Form von O-Ringen jeweils zwischen der Hülse 20 und der Gasdüse 14 (O-Ring 45) und dem zylindrischen Innenflansch 21 der Hauptelektrode 12 (O-Ring 46) und zwischen dem äußeren Flansch 26 der Hauptelektrode und dem Außenrohr 28 (O-Ring 47) vorgesehen. Die O-Ringe 45...47 werden in Ringnuten gehalten, von denen in Fig. 2 die Ringnut 48 in der Gasdüse 14 für den O-Ring 45 und die Ringnut 49 in der Hülse 20 für den O-Ring 46 beispielhaft dargestellt sind.To seal the coolant circuit through the ring channels 35 , 36 , seals in the form of O-rings are each between the sleeve 20 and the gas nozzle 14 (O-ring 45 ) and the cylindrical inner flange 21 of the main electrode 12 (O-ring 46 ) and between the outer flange 26 of the main electrode and the outer tube 28 (O-ring 47 ) provided. The O-rings 45 ... 47 are held in ring grooves, of which the ring groove 48 in the gas nozzle 14 for the O-ring 45 and the ring groove 49 in the sleeve 20 for the O-ring 46 are shown by way of example in FIG. 2 .

Außer durch das flüssige Kühlmittel wird das Innenrohr 16 noch durch das durch dessen Hohlraum 17 strömende Plasmagas gekühlt.In addition to the liquid coolant, the inner tube 16 is also cooled by the plasma gas flowing through its cavity 17 .

Der beschriebene Plasmabrenner ist vorzugsweise als Drehstrom-Plasmabrenner zu betreiben. Daneben kann er aber auch wie in der EP-OS 01 34 961 A2 beschrieben mit Gleich- und/oder Wechselstrom betrieben werden.The plasma torch described is preferably as To operate three-phase plasma torches. Besides that, can but also as in EP-OS 01 34 961 A2 described with direct and / or alternating current operate.

Claims (21)

1. Flüssigkeitsgekühlter Plasmabrenner mit übertragenem Lichtbogen, dessen Kühlflüssigkeit, Strom und Gas über aus koaxialen Rohren bestehende Zünd- und Hauptelektrodenlanzen zur Zünd- und zur Hauptelektrode geführt werden, gekennzeichnet durch einen gemeinsamen Kühlkreislauf (41, 35, 36, 43) für die Zünd- und Hauptelektrodenlanze (14, 16, 27, 28).1. Liquid-cooled plasma torch with a transmitted arc, the cooling liquid, electricity and gas of which are led to the ignition and main electrode lances via ignition and main electrode lances consisting of coaxial tubes, characterized by a common cooling circuit ( 41 , 35 , 36 , 43 ) for the ignition and main electrode lance ( 14 , 16 , 27 , 28 ). 2. Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrodenlanze (14, 16) mit der Zündelektrode (11) gegenüber den Kanälen (35, 36) des Kühlkreislaufs abgedichtet und gegenüber der Hauptelektrodenlanze (27, 28) bzw. der Hauptelektrode (12) elektrisch isoliert ist.2. Plasma torch according to claim 1, characterized in that the ignition electrode lance ( 14 , 16 ) with the ignition electrode ( 11 ) with respect to the channels ( 35 , 36 ) of the cooling circuit and sealed against the main electrode lance ( 27 , 28 ) or the main electrode ( 12 ) is electrically insulated. 3. Plasmabrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptelektroden- und die Zündelektrodenlanze (14, 16, 27, 28) aus drei koaxial zueinander angeordneten Rohren (16, 27, 28) bestehen, wobei die Kühlflüssigkeit in den miteinander verbundenen Ringkanälen (35, 36) zwischen dem Außenrohr (28) und dem Mittelrohr (27) einerseits und zwischen dem Mittelrohr (27) und dem Innenrohr (16) andererseits geführt wird.3. Plasma torch according to claim 1 or 2, characterized in that the main electrode and the ignition electrode lance ( 14 , 16 , 27 , 28 ) consist of three coaxially arranged tubes ( 16 , 27 , 28 ), the cooling liquid in the interconnected Ring channels ( 35 , 36 ) between the outer tube ( 28 ) and the center tube ( 27 ) on the one hand and between the center tube ( 27 ) and the inner tube ( 16 ) on the other hand. 4. Plasmabrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromanschluß (39) für den Hauptelektrodenstrom mit dem Außenrohr (28) und der Stromanschluß (37) für den Zündelektrodenstrom mit dem Innenrohr (16) verbunden ist. 4. Plasma torch according to claim 3, characterized in that the current connection ( 39 ) for the main electrode current with the outer tube ( 28 ) and the current connection ( 37 ) for the ignition electrode current with the inner tube ( 16 ) is connected. 5. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrodenlanze aus nur einem, den Zündstrom leitenden Rohr, dem Innenrohr (16), gebildet ist, innerhalb dessen Innenraum (17) das Zündgas geführt wird, wobei das Innenrohr (16) mit einem dünnwandigen, vorzugsweise hochelastischen und hochtemperaturfesten Isolationsschlauch (25) überzogen ist.5. Plasma torch according to one of claims 1 to 4, characterized in that the ignition electrode lance is formed from only one, the ignition current conductive tube, the inner tube ( 16 ), within the interior ( 17 ) of which the pilot gas is guided, the inner tube ( 16 ) is covered with a thin-walled, preferably highly elastic and high-temperature resistant insulation tube ( 25 ). 6. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrodenlanze (16) in radialer Richtung gegenüber der aus Mittel- und Außenrohr (27 bzw. 28) bestehenden Hauptelektrodenlanze, vorzugs­ weise mehrfach mit Hülsen (31) zentriert ist.6. Plasma torch according to one of claims 1 to 5, characterized in that the ignition electrode lance ( 16 ) in the radial direction with respect to the central and outer tube ( 27 or 28 ) existing main electrode lance, preferably multiple times with sleeves ( 31 ) is centered. 7. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelrohr (27) mit einem ringförmigen Umlenkteil (29) verbunden ist, das unter Ausbildung einer Verbindung der Flüssigkeitsringkanäle (35, 36) bis in die Hauptelektrode (12) hineinragt.7. Plasma torch according to one of claims 3 to 6, characterized in that the central tube ( 27 ) is connected to an annular deflecting part ( 29 ) which projects into the main electrode ( 12 ) to form a connection of the liquid ring channels ( 35 , 36 ) . 8. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelrohr (27), das Umlenkteil (29) und/oder die Hülsen (31) aus elektrisch nichtleitendem Material, vorzugsweise Kunststoff bestehen.8. Plasma torch according to one of claims 1 to 7, characterized in that the center tube ( 27 ), the deflection part ( 29 ) and / or the sleeves ( 31 ) made of electrically non-conductive material, preferably plastic. 9. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Innenraum (17) des Innenrohres (16) der Zündelektrodenlanze in einer Gasdüse (14) mündet, die mit der Zündelektrode (11) elektrisch leitend verbunden ist. 9. Plasma torch according to one of claims 1 to 8, characterized in that the cylindrical interior ( 17 ) of the inner tube ( 16 ) of the ignition electrode lance opens into a gas nozzle ( 14 ) which is electrically conductively connected to the ignition electrode ( 11 ). 10. Plasmabrenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrode (11) mit ihrem konisch ausgebildeten Oberteil (11′) in die Gasdüse (14) hineinragt und die Gasdüse (14) mit radial schräg nach außen geführten Zündgasführungskanälen (19) ausgebildet ist.10. Plasma torch according to claim 9, characterized in that the ignition electrode ( 11 ) with its conical upper part ( 11 ') protrudes into the gas nozzle ( 14 ) and the gas nozzle ( 14 ) is formed with radially obliquely outwardly guided pilot gas guide channels ( 19 ) . 11. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündgasinnenraum (17) des Innenrohres (16) in mehrere, vorzugsweise 8 bis 12 symmetrisch zur Achse des Innenrohres (16) und der Zündelektrode (11) angeordnete Einzelbohrungen (19) übergeht, die im Bereich der Hauptelektrode (12) bzw. ihrem Ausgang (23) hin wieder zu einem gemeinsamen Querschnitt zusammengeführt werden.11. Plasma torch according to one of claims 9 or 10, characterized in that the ignition gas interior ( 17 ) of the inner tube ( 16 ) in several, preferably 8 to 12 symmetrical to the axis of the inner tube ( 16 ) and the ignition electrode ( 11 ) arranged individual bores ( 19 ) passes over, which are brought together again in the area of the main electrode ( 12 ) or its outlet ( 23 ) to form a common cross section. 12. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdüse (14) und die Hauptelektrode (12) über eine ringförmige Isolierhülse (20) lösbar miteinander verbunden sind.12. Plasma torch according to one of claims 1 to 11, characterized in that the gas nozzle ( 14 ) and the main electrode ( 12 ) are releasably connected to one another via an annular insulating sleeve ( 20 ). 13. Plasmabrenner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierhülse (20) aus einem hochtemperaturfesten Kunststoff, einer druckflüssigkeitsdichten Keramik oder einem Verbundmaterial aus einem Kunststoff, einem Metall und einer Keramik besteht.13. Plasma torch according to claim 12, characterized in that the insulating sleeve ( 20 ) consists of a high temperature-resistant plastic, a hydraulic fluid-tight ceramic or a composite material made of a plastic, a metal and a ceramic. 14. Plasmabrenner nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierschlauch (25) überlappend und dichtend über die Gasdüse (14) und einen Teil der Isolierhülse (20) greift. 14. Plasma torch according to claim 12 or 13, characterized in that the insulating tube ( 25 ) overlaps and seals over the gas nozzle ( 14 ) and part of the insulating sleeve ( 20 ). 15. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Außenfläche der Gasdüse (14) und der Innenfläche der Isolierhülse (20) eine O-Ringdichtung (45) angeordnet ist, die in einer entsprechenden Nut (48) der Gasdüse (14) liegt.15. Plasma torch according to one of claims 12 to 14, characterized in that an O-ring seal ( 45 ) is arranged between the outer surface of the gas nozzle ( 14 ) and the inner surface of the insulating sleeve ( 20 ), which in a corresponding groove ( 48 ) Gas nozzle ( 14 ) is. 16. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptelektrode (12) topfartig ausgebildet und elektrisch leitend mit dem Außenrohr (28) verbunden ist.16. Plasma torch according to one of claims 1 to 15, characterized in that the main electrode ( 12 ) is pot-shaped and is electrically conductively connected to the outer tube ( 28 ). 17. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hauptelektrode (12) und dem Außenrohr (28) sowie zwischen der Hauptelektrode (12) und der Isolierhülse (20) mindestens je eine O-Ringdichtung (47 bzw. 46) vorgesehen ist.17. Plasma torch according to one of claims 1 to 16, characterized in that between the main electrode ( 12 ) and the outer tube ( 28 ) and between the main electrode ( 12 ) and the insulating sleeve ( 20 ) at least one O-ring seal ( 47 or 46 ) is provided. 18. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (16) und/oder die Gasdüse (14) aus Kupfer bestehen.18. Plasma torch according to one of claims 1 to 17, characterized in that the inner tube ( 16 ) and / or the gas nozzle ( 14 ) consist of copper. 19. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrode (11) aus Wolfram besteht.19. Plasma torch according to one of claims 1 to 18, characterized in that the ignition electrode ( 11 ) consists of tungsten. 20. Plasmabrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrode (11) an ihrem oberen konisch geformten Teil (11′) mit einem die Gasdüse (14) bildenden Kupfer-Block umgossen ist, in dem konisch auf den Innenraum (17) des Innenrohres (16) zusammenlaufende Bohrungen (19) eingebracht sind. 20. Plasma torch according to one of claims 1 to 19, characterized in that the ignition electrode ( 11 ) is cast on its upper conically shaped part ( 11 ') with a copper block forming the gas nozzle ( 14 ), in the conical to the interior ( 17 ) of the inner tube ( 16 ) converging bores ( 19 ) are introduced. 21. Plasmabrenner nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (16) im unteren Teilbereich (18) konisch erweitert ist.21. Plasma torch according to claim 20, characterized in that the inner tube ( 16 ) is flared in the lower portion ( 18 ).
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