DE102011053106A1

DE102011053106A1 - Plasma torch for machining on workpiece e.g. reinforced concrete, has arc portion whose spatial position along circumference of ring anode is varied by generated magnetic field or electromagnetic field

Info

Publication number: DE102011053106A1
Application number: DE102011053106A
Authority: DE
Inventors: Edgar de Vries; Alexander Pfaff
Original assignee: SGE SPEZIALGERAETEENTWICKLUNG GmbH; Sge Spezialgerateentwicklung GmbH; IABG Industrieanlagen Betriebs GmbH
Current assignee: Medik Energieservice De GmbH; Sge Spezialgeraeteentwicklung De GmbH
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2012-08-30
Anticipated expiration: 2031-08-31
Also published as: DE102011053106B4

Abstract

The torch has a burner head (10) that is provided with anode (16) and cathode (11) for creating an arc portion (L). A gas conduit (12a) is provided for supplying ionizable gas into arc portion and nozzle (13). The plasma jet created in arc portion is passed through nozzle during the operation of arc portion, so as to impinge on workpiece and remove the material. An arc manipulator (17) is provided for generating magnetic field and electromagnetic field. The spatial position of arc portion along the circumference of ring anode is varied by magnetic field or electromagnetic field. An independent claim is included for method for machining on workpiece.

Description

Die Erfindung betrifft einen Plasmabrenner sowie ein Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken. Ein Plasmabrenner bzw. ein Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bzw. den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 11 ist beispielsweise aus DE 10 2005 039 070 A1 bekannt. The invention relates to a plasma torch and a method for machining workpieces. A plasma torch or a method for processing workpieces with the features of the preamble of claim 1 and the features of the preamble of claim 11, for example, from DE 10 2005 039 070 A1 known.

Zum Plasmaschneiden leitender Materialien, wie Bleche, Baustahl usw. werden bekanntermaßen Plasmabrenner eingesetzt, bei denen ein Lichtbogen zwischen einer Wolframelektrode und dem Werkstück erzeugt wird. Dem Lichtbogen wird ein Gas zugeführt, das im Lichtbogen ionisiert wird. Das dabei entstehende Plasma ist ein elektrisch leitfähiges Gas mit einer Temperatur von bis zu 30.000°C. Der Lichtbogen wird in der Regel mit einer Hochfrequenzzündung gezündet und am Austritt des Brenners durch eine isolierte Düse eingeschnürt. Durch die hohe Energiedichte des Plasmastrahls schmilzt das Material und wird gleichzeitig dabei weggeblasen, so dass eine Schnittfuge entsteht. For plasma cutting of conductive materials such as sheets, structural steel, etc., plasma torches are known to be used in which an arc is generated between a tungsten electrode and the workpiece. The arc is supplied with a gas which is ionized in the arc. The resulting plasma is an electrically conductive gas with a temperature of up to 30,000 ° C. The arc is usually ignited with a high-frequency ignition and constricted at the outlet of the burner through an insulated nozzle. Due to the high energy density of the plasma jet, the material melts and is simultaneously blown away, creating a kerf.

Die industrielle Nutzung thermischer Verfahren zum Schneiden nicht leitender Werkstücke, beispielsweise zum Schneiden von Stahlbeton ist ebenfalls bekannt. Zum Schneiden elektrisch nicht leitender Werkstücke ist es bekannt, Plasmabrenner in indirekter Betriebsweise einzusetzen, wobei der Lichtbogen zwischen einer Elektrode und der Düse des Plasmabrenners brennt. Allerdings ist die Strombelastbarkeit der Düse und damit die Leistung des Verfahrens begrenzt. Überdies verschleißt die Düse schnell. DE 10 2005 039 070 A1 schlägt daher einen Plasmabrenner vor, der in indirekter Betriebsweise verwendet wird und eine Zusatzelektrode aufweist, die als Draht ausgebildet ist. Der Lichtbogen brennt zwischen der Elektrode des Plamsabrenners und dem Draht der Zusatzelektrode, wobei der im Lichtbogen erzeugte Plasmastrahl durch die Düse eingeschnürt wird, die zwischen der Elektrode des Plasmabrenners und der Zusatzelektrode angeordnet ist. Durch den in den Plasmastrahl hineinragenden Draht der Zusatzelektrode wird dieser verwirbelt, wodurch die Schneidleistung verringert wird. The industrial use of thermal processes for cutting non-conductive workpieces, for example for cutting reinforced concrete, is also known. For cutting electrically non-conductive workpieces, it is known to use plasma torches in indirect operation, wherein the arc between an electrode and the nozzle of the plasma torch burns. However, the current carrying capacity of the nozzle and thus the performance of the process is limited. Moreover, the nozzle wears out quickly. DE 10 2005 039 070 A1 therefore proposes a plasma torch which is used in indirect mode and has an auxiliary electrode formed as a wire. The arc burns between the electrode of the plasma burner and the wire of the auxiliary electrode, wherein the plasma jet generated in the arc is constricted by the nozzle, which is arranged between the electrode of the plasma torch and the additional electrode. By the protruding into the plasma jet wire of the additional electrode of this is swirled, whereby the cutting performance is reduced.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Plasmabrenner der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass ein Plasmastrahl mit möglichst hoher Geschwindigkeit und möglichst laminarer Strömung erzeugbar ist. Überdies liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken anzugeben, das entsprechend verbessert ist.The invention has for its object to improve a plasma torch of the type mentioned in such a way that a plasma jet with the highest possible speed and the most laminar flow possible can be generated. Moreover, the invention has for its object to provide a method for processing workpieces, which is improved accordingly.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf den Plasmabrenner durch den Gegenstand des Anspruchs 1 und im Hinblick auf das Verfahren durch den Gegenstand des Anspruchs 11 gelöst.According to the invention this object is achieved with regard to the plasma torch by the subject-matter of claim 1 and with regard to the method by the subject-matter of claim 11.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, einen Plasmabrenner zum Bearbeiten von Werkstücken durch Schneiden und Fugenhobeln anzugeben, der einen Brennerkopf mit einer ersten und zweiten Elektrode umfasst. Die erste Elektrode kann eine Kathode und die zweite Elektrode kann eine Anode sein. Die erste und zweite Elektrode sind zur Erzeugung eines Lichtbogens vorgesehen. Der Brennerkopf umfasst eine erste Gasführung zur Zufuhr eines ionisierbaren Gases in den Lichtbogen und eine Düse, wobei im Betrieb der im Lichtbogen erzeugte Plasmastrahl durch die Düse austritt, auf das Werkstück auftrifft und Material abträgt. Die zweite Elektrode bildet eine Ringelektrode, insbesondere Ringanode, und weist einen Lichtbogenmanipulator zur Erzeugung eines magnetischen oder elektromagnetischen Feldes auf. Die Ortslage des Lichtbogens ist entlang des Umfangs der Ringelektrode durch das magnetische oder elektromagnetische Feld veränderbar. The invention is based on the idea to provide a plasma torch for machining workpieces by cutting and gouging, comprising a burner head with a first and second electrode. The first electrode may be a cathode and the second electrode may be an anode. The first and second electrodes are provided for generating an arc. The burner head includes a first gas guide for supplying an ionizable gas into the arc and a nozzle, wherein in operation the plasma jet generated in the arc exits through the nozzle, impinges on the workpiece and removes material. The second electrode forms a ring electrode, in particular ring anode, and has an arc manipulator for generating a magnetic or electromagnetic field. The location of the arc is variable along the circumference of the ring electrode by the magnetic or electromagnetic field.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass der Plasmastrahl durch die Ringelektrode hindurchströmen kann, ohne dass dabei das Strömungsverhalten des Plasmastrahls signifikant beeinflusst wird. Im Gegensatz zu dem aus dem nächstkommenden Stand der Technik bekannten Draht ragt die Ringelektrode nicht in den Strömungsweg des Plasmastrahls, der ungehindert durch die Ringelektrode hindurchströmen kann. Damit werden im Vergleich zum Stand der Technik höhere Strömungsgeschwindigkeiten des Plasmastrahls erreicht. Außerdem wird die Verwirbelung des Plasmastrahls vermieden und die Ausbildung einer laminaren Strömung unterstützt. Dabei ist nicht ausgeschlossen, dass es zu aerodynamischen Wechselwirkungen zwischen dem Plasmastrahl und der Ringelektrode kommen kann. Die Beeinflussung des Plasmastrahls durch die Ringelektrode ist jedoch wesentlich geringer als im Stand der Technik. The invention has the advantage that the plasma jet can flow through the ring electrode without significantly influencing the flow behavior of the plasma jet. In contrast to the wire known from the closest prior art, the ring electrode does not protrude into the flow path of the plasma jet, which can flow unhindered through the ring electrode. Thus, higher flow velocities of the plasma jet are achieved compared to the prior art. In addition, the turbulence of the plasma jet is avoided and the formation of a laminar flow supported. It is not excluded that aerodynamic interactions between the plasma jet and the ring electrode can occur. However, the influence of the plasma jet through the ring electrode is considerably lower than in the prior art.

Überdies hat die Erfindung den Vorteil, dass durch den Lichtbogenmanipulator die Ortslage des Lichtbogens entlang des Umfangs der Ringelektrode veränderbar ist. Dadurch wird erreicht, dass der Fuß des Lichtbogens auf der Ringelektrode wandert und ein übermäßiger Verschleiß der Ringelektrode vermieden wird. Die berührungslose Führung des Lichtbogens durch das vom Lichtbogenmanipulator erzeugbare magnetische und elektromagnetische Feld trägt dazu bei, dass der Lichtbogen ohne Beeinträchtigung des Strömungsverhaltens des Plasmastrahls lokal bewegt werden kann. Überdies hat die Manipulation des Lichtbogens durch ein magnetisches und elektromagnetisches Feld den Vorteil, dass die Magnetkraft zur Ablenkung des Lichtbogens und/oder die Bewegungsgeschwindigkeit des Lichtbogenmanipulators frei variierbar sind. Im Gegensatz dazu ist die Manipulation des Lichtbogens nach dem Prinzip der Gasverwirbelung im Hinblick auf die Geschwindigkeit und Kraft begrenzt. Moreover, the invention has the advantage that the position of the arc along the circumference of the ring electrode can be changed by the arc manipulator. This ensures that the foot of the arc moves on the ring electrode and excessive wear of the ring electrode is avoided. The non-contact guidance of the arc by the magnetic and electromagnetic field that can be generated by the arc manipulator contributes to the fact that the arc can be moved locally without impairing the flow behavior of the plasma jet. Moreover, the manipulation of the arc by a magnetic and electromagnetic field has the advantage that the magnetic force for deflecting the arc and / or the speed of movement of the arc manipulator are freely variable. In contrast, the manipulation of the arc is based on the principle of Gas turbulence limited in terms of speed and power.

Der Plasmabrenner ist zur Bearbeitung sowohl elektrisch nichtleitender als auch elektrisch leitender Werkstücke geeignet.The plasma burner is suitable for processing both electrically non-conductive and electrically conductive workpieces.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind mit weiteren Einzelheiten in den Unteransprüchen angegeben. Preferred embodiments of the invention are given in further detail in the subclaims.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Lichtbogenmanipulator wenigstens einen entlang des Umfangs der Ringelektrode bewegbaren Permanentmagnet und/oder mehrere entlang des Umfangs der Ringelektrode angeordnete schaltbare Elektromagneten auf. Durch den umlaufenden Permanentmagneten wird erreicht, dass die Ortslage des Lichtbogens, insbesondere der Fuß des Lichtbogens, durch das sich räumlich ändernde magnetische Feld entlang des Umfangs der Ringelektrode verändert wird. Alternativ zu dem bewegbaren Permanentmagneten können mehrere entlang des Umfangs der Ringelektrode angeordnete schaltbare Elektromagneten vorgesehen sein. Durch geeignete Schaltung der Elektromagnete wird ein sich räumlich änderndes und/oder ein sich in der Stärke änderndes elektromagnetisches Feld erzeugt, wodurch erreicht wird, dass sich die Ortslage des Lichtbogens ändert, insbesondere sich der Fuß des Lichtbogens entlang des Umfangs der Ringelektrode bewegt. Die Änderung der Ortslage des Lichtbogens hat den Vorteil, dass die Ringelektrode geschont wird und damit weniger schnell verschleißt.In a preferred embodiment, the arc manipulator has at least one permanent magnet movable along the circumference of the ring electrode and / or a plurality of switchable electromagnets arranged along the circumference of the ring electrode. Due to the revolving permanent magnet is achieved that the location of the arc, in particular the foot of the arc is changed by the spatially changing magnetic field along the circumference of the ring electrode. As an alternative to the movable permanent magnet, a plurality of switchable electromagnets arranged along the circumference of the ring electrode can be provided. By suitable switching of the electromagnets, a spatially varying and / or an intensity changing electromagnetic field is generated, whereby it is achieved that the spatial position of the arc changes, in particular the foot of the arc moves along the circumference of the ring electrode. The change of the location of the arc has the advantage that the ring electrode is spared and thus less quickly wears.

Der Permanentmagnet kann einen mechanischen oder pneumatischen oder hydraulischen Antrieb aufweisen, wodurch auf einfache Weise der Umlauf des Permanentmagneten bewirkt wird. Der pneumatische Antrieb hat den Vorteil, dass im Plasmabrenner ohnehin vorhandenen Gassysteme, wie beispielsweise das System zur Zufuhr von Schutzgas oder das System zur Zufuhr von Plasmagas zusätzlich zum Antrieb des Permanentmagneten verwendet werden können. Entsprechend kann eine im Plasmabrenner geführte Kühlflüssigkeit bzw. ein Kühlmedium als hydraulischer Antrieb des Permanentmagneten verwendet werden. The permanent magnet may have a mechanical or pneumatic or hydraulic drive, whereby the circulation of the permanent magnet is effected in a simple manner. The pneumatic drive has the advantage that in the plasma torch already existing gas systems, such as the system for supplying inert gas or the system for supplying plasma gas can be used in addition to the drive of the permanent magnet. Accordingly, a guided in the plasma torch coolant or a cooling medium can be used as a hydraulic drive of the permanent magnet.

Vorzugsweise weist die Ringelektrode einen Hohlkanal auf, in dem der Permanentmagnet in Umfangsrichtung der Ringelektrode beweglich angeordnet ist. Die Integration des Permanentmagneten in die Ringelektrode führt zu einer kompakten Bauweise. Außerdem hat der Hohlkanal mit in Umfangsrichtung geschlossener Wandung den Vorteil, dass dieser im Zusammenhang mit dem pneumatischen oder hydraulischen Antrieb verwendet werden kann. Die Ringelektrode kann auch eine Außenlaufbahn aufweisen, entlang der der Permanentmagnet umläuftPreferably, the ring electrode has a hollow channel in which the permanent magnet is arranged to be movable in the circumferential direction of the ring electrode. The integration of the permanent magnet in the ring electrode leads to a compact design. In addition, the hollow channel with closed in the circumferential direction wall has the advantage that this can be used in conjunction with the pneumatic or hydraulic drive. The ring electrode may also have an outer raceway along which the permanent magnet rotates

Dazu kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass der Hohlkanal mit einer Gaszuführung, insbesondere Schutzgas- und/oder Plasmagaszuführung oder mit einer Flüssigkeitszuführung, insbesondere Kühlmediumzuführung, fluidverbunden ist. Dadurch wird die Möglichkeit eröffnet, den Antrieb des Permanentmagneten durch ohnehin vorhandene Medien, wie beispielsweise Schutzgas, Plasmagas und Kühlmedium zu verwirklichen.For this purpose, it can be provided in a further preferred embodiment that the hollow channel with a gas supply, in particular inert gas and / or plasma gas supply or with a liquid supply, in particular cooling medium supply, fluidly connected. This opens up the possibility to realize the drive of the permanent magnet by already existing media, such as inert gas, plasma gas and cooling medium.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Brennerkopf ferner eine Absaugeinrichtung, die der Düse zugeordnet ist, um den bei der Bearbeitung auftretenden Staub, insbesondere die aus der Düse austretenden und mit Staub beladenen Gase, abzusaugen. Der Brennerkopf weist ein Dichtmittel auf, das im Ansaugbereich der Absaugeinrichtung und/oder im Austrittsbereich der Düse angeordnet ist und im Gebrauch gegen das Werkstück derart abdichtet, dass der Staub, insbesondere die mit Staub beladenen Gase, zurückgehalten werden und durch die Absaugeinrichtung absaugbar sind. Durch das Dichtmittel wird verhindert, dass der beim Abtragen des Materials mittels des Plasmastrahls entstehende Staub in die Umgebung des Plasmabrenners gelangt. Der Staub wird im Bereich des Brennerkopfes zurückgehalten und kann gezielt durch die Absaugeinrichtung des Plasmabrenners abgesaugt werden. Zu diesem Zweck ist die Absaugeinrichtung der Düse zugeordnet und zwar so, dass diese die aus der Düse austretenden Gase und den bei der Bearbeitung auftretenden Staub absaugen kann. Das bedeutet, dass die Absaugeinrichtung in ausreichender räumlicher Nähe zur Düse angeordnet ist, um die Absaugfunktion zu erfüllen. Beispiele für diese Anordnung sind nachfolgend angegeben.In a further preferred embodiment, the burner head further comprises a suction device which is associated with the nozzle in order to suck the dust occurring during processing, in particular the gases leaving the nozzle and laden with dust. The burner head has a sealing means which is arranged in the suction region of the suction device and / or in the outlet region of the nozzle and in use seals against the workpiece such that the dust, in particular the dust-laden gases, are retained and can be sucked out by the suction device. The sealant prevents the dust generated during the removal of the material by means of the plasma jet from reaching the vicinity of the plasma torch. The dust is retained in the region of the burner head and can be specifically sucked through the suction device of the plasma torch. For this purpose, the suction device is assigned to the nozzle in such a way that it can suck the gases emerging from the nozzle and the dust occurring during processing. This means that the suction device is arranged in sufficient spatial proximity to the nozzle in order to fulfill the suction function. Examples of this arrangement are given below.

Durch die Kombination der Absaugeinrichtung mit dem Dichtmittel ist der Plasmabrenner zur Bearbeitung nicht leitender Stoffe, bei denen es zu einer Staubentwicklung kommt, geeignet. Der Vorteil liegt dabei darin, dass die Kontamination mit Staub bauseitig vermieden werden kann.By combining the suction device with the sealant, the plasma torch is suitable for processing non-conductive substances in which dust is generated. The advantage lies in the fact that the contamination with dust can be avoided by the customer.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Brennerkopf eine zweite Gasführung zur Zufuhr eines Sekundärfluids aufweist, um die bei der Bearbeitung des Werkstücks entstehende Fuge auszublasen. Als Sekundärfluid können Druckluft, Schutzgasgemische oder Wasser eingesetzt werden. Durch das Sekundärfluid wird die Schnittqualität verbessert. Das Sekundärfluid schützt außerdem die Düse des Brennerkopfs vor aufspritzendem Material. Bei der Verwendung von Schutzgas wird die heiße Schnittfuge vor Oxidation geschützt. Die bei der Verwendung des Sekundärfluids auftretende verstärkte Staubentwicklung bzw. Staubaufwirbelung ist unschädlich, weil der Staub durch das Dichtmittel im Bereich des Brennerkopfes zurückgehalten und dort durch die Absaugeinrichtung abgesaugt und entsorgt wird.In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the burner head has a second gas guide for supplying a secondary fluid in order to blow out the joint formed during the machining of the workpiece. As a secondary fluid compressed air, inert gas mixtures or water can be used. The secondary fluid improves the quality of cut. The secondary fluid also protects the nozzle of the burner head from spattering material. When using inert gas, the hot kerf is protected from oxidation. The occurring during use of the secondary fluid increased dust or dust raising is harmless, because the dust by the sealant in the region of the burner head retained and sucked out there by the suction and disposed of.

Die Absaugeinrichtung kann ein Absaugrohr umfassen, das seitlich vom Brennerkopf angeordnet ist und über die Düse, insbesondere über die Anode in Ausbreitungsrichtung des Plasmastrahls vorsteht. Das über die Düse bzw. die Anode vorstehende Absaugrohr wird im Gebrauch nahe an das Werkstück heranbewegt, bzw. kann das Werkstück direkt berühren, so dass eine besonders gute Absaugwirkung erreicht wird. Das Maß, mit dem das Absaugrohr über die Düse bzw. über die Anode in Ausbreitungsrichtung des Plasmastrahls vorsteht richtet sich nach dem Bearbeitungsabstand zwischen dem Brennerkopf und dem Werkstück und wird vom Fachmann bei Bedarf entsprechend eingestellt.The suction device may comprise a suction tube, which is arranged laterally from the burner head and projects beyond the nozzle, in particular via the anode in the propagation direction of the plasma jet. The suction pipe protruding beyond the nozzle or the anode is moved close to the workpiece in use, or can touch the workpiece directly, so that a particularly good suction effect is achieved. The extent to which the suction tube protrudes beyond the nozzle or via the anode in the direction of propagation of the plasma jet depends on the machining distance between the burner head and the workpiece and is adjusted accordingly by the person skilled in the art.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Dichtmittel eine Schleppe, wobei die Schleppe der Düse in Vorschubrichtung des Brennerkopfes nachgeordnet ist. Die Schleppe hat die Funktion, die Fuge abzudecken, wodurch verhindert wird, dass das an der Schneidfront abprallende Gas durch die Fuge in die Umgebung entweicht. Die Schleppe trägt somit dazu bei, dass der im Gas mitgeführte Staub im Dichtbereich, d.h. im Bereich des Brennerkopfes zurückgehalten und dort abgesaugt werden kann. Durch die Nachordnung der Schleppe in Vorschubrichtung des Brennerkopfs wird erreicht, dass die Schleppe die bei der Bearbeitung entstehende Fuge sicher überdeckt. In a further advantageous embodiment of the invention, the sealant comprises a train, wherein the train of the nozzle is arranged downstream in the feed direction of the burner head. The train has the function of covering the joint, thereby preventing the gas bouncing off the cutting front from escaping through the joint into the environment. The train thus contributes to the fact that the dust carried in the gas in the sealing area, i. retained in the region of the burner head and can be sucked out there. By Nachorder the train in the feed direction of the burner head is achieved that the train safely covers the joint resulting from machining.

Wenn die Schleppe am Absaugrohr befestigt ist, wird auf einfache Weise erreicht, dass die bei der Bearbeitung entstehende Fuge sicher überdeckt wird. Das Absaugrohr ist in der Regel der Düse in Vorschubrichtung des Brennerkopfes nachgeordnet. When the train is attached to the suction tube, it is easily achieved that the joint formed during machining is safely covered. The suction pipe is usually arranged downstream of the nozzle in the feed direction of the burner head.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Dichtmittel eine Schürze umfasst, die über die Düse, insbesondere über die Anode, in Ausbreitungsrichtung des Plasmastrahls vorsteht und im Gebrauch gegen das Werkstück abdichtet. Die Schürze verbessert die Dichtwirkung, da verhindert wird, dass die mit Staub beladenen Gase durch den Spalt zwischen dem Brennerkopf und dem Werkstück seitlich austreten. In a further embodiment of the invention, it is provided that the sealing means comprises an apron which projects beyond the nozzle, in particular via the anode, in the propagation direction of the plasma jet and seals in use against the workpiece. The skirt improves the sealing effect by preventing the dust-laden gases from leaking laterally through the gap between the burner head and the workpiece.

Vorzugsweise mündet wenigstens ein Zufuhrkanal in den Austrittsbereich der Düse. Zufuhrkanal dient zur Kühlung der Ringelektrode und/oder zur Kühlung der abzusaugenden Gase. Die Möglichkeit, die Luftzufuhr durch den Zufuhrkanal zu regulieren, bspw. durch Steuer- oder Regeleinheit, eröffnet die Möglichkeit, die Kühlleistung zu ändern und/oder den Druck der zugeführten Luft an das Dichtvermögen des Dichtmittels anzupassen, so dass kein Staub aus dem Dichtbereich entweichen kann.Preferably, at least one feed channel opens into the exit region of the nozzle. Supply channel is used to cool the ring electrode and / or to cool the gases to be sucked. The ability to regulate the supply of air through the supply channel, for example by control or regulating unit, opens the possibility to change the cooling capacity and / or adjust the pressure of the supplied air to the sealing ability of the sealant, so that no dust escape from the sealing area can.

Die Düse und die Ringelektrode können ein integrales Bauteil oder zwei gesonderte Bauteile bilden.The nozzle and the ring electrode may form an integral component or two separate components.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes durch Schneiden und Fugenhobeln beruht auf dem Gedanken, einen Plasmastrahl dadurch zu erzeugen, dass ein ionisierbares Gas einem Lichtbogen zugeführt wird, der zwischen einer ersten und zweiten Elektrode, insbesondere Kathode und Anode eines Plasmabrenners brennt, wobei der Plasmastrahl aus seiner Düse austritt, auf das Werkstück auftrifft und Material vom Werkstück abträgt. Der Lichtbogen läuft dabei auf dem Umfang der zweiten Elektrode, die eine Ringelektrode bildet um. Das Verfahren hat den Vorteil, dass der Plasmastrahl weitestgehend unbeeinflusst durch die Ringelektrode strömen kann und somit zumindest durch die Ringelektrode keine Geschwindigkeitsverluste erleidet. Außerdem wird die Ringelektrode thermisch geschont, da der Lichtbogen auf dem Umfang der Ringelektrode umläuft. The inventive method for machining a workpiece by cutting and gouging based on the idea of generating a plasma jet in that an ionizable gas is supplied to an arc which burns between a first and second electrode, in particular cathode and anode of a plasma burner, the plasma jet emerges from its nozzle, hits the workpiece and removes material from the workpiece. The arc runs on the circumference of the second electrode, which forms a ring electrode to. The method has the advantage that the plasma jet can flow largely uninfluenced by the ring electrode and thus suffers no loss of speed at least through the ring electrode. In addition, the ring electrode is thermally protected because the arc rotates on the circumference of the ring electrode.

Mit dem Verfahren können sowohl elektrisch nichtleitende als auch elektrisch leitende Werkstücke bearbeitet werden.With the method both electrically non-conductive and electrically conductive workpieces can be edited.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels mit weiteren Einzelheiten erläutert und beschrieben. Dabei zeigt die einzige Figur einen Längsschnitt durch den Brennerkopf eines Plasmabrenners nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel bei der Werkstückbearbeitung. The invention will be explained and described below with reference to an embodiment shown in the drawing with further details. The single FIGURE shows a longitudinal section through the burner head of a plasma torch according to an embodiment of the invention in the workpiece machining.

Der in der einzigen Figur dargestellte Plasmabrenner ist wie folgt aufgebaut:
Der Plasmabrenner umfasst einen Brennerkopf 10, in dem eine Elektrode, insbesondere eine Kathode 11 angeordnet. Die Kathode 11 ist in einem Kathodenhalter 23 befestigt, der eine Kühlung 24, insbesondere eine Wasserkühlung 24 aufweist. Bei der Kathode 11 handelt es sich um eine Stabkathode, deren Längsachse koaxial bezogen auf die Mittelachse des Brennerkopfes angeordnet ist. Die Kathode 11 ist mittig im Brennerkopf 10 angeordnet. Die erste Gasführung 12a umgibt den Elektrodenhalter 23 und ist mit einer Gasleitung (nicht dargestellt) für die Zufuhr des ionisierbaren Gases, auch Plasmagas genannt, verbunden. Die Zufuhr des Plasmagases ist durch Pfeile in der einzigen Figur angedeutet. Der Elektrodenhalter 23 ist konzentrisch von einem Düsenkörper 25 umgeben. Der Ringspalt zwischen dem Elektrodenhalter 23 und dem Düsenkörper 25 bildet die erste Gasführung 12a. Der Düsenkörper 25 weist an einem axialen Ende eine Düse 13 auf, die der Kathode 11 in Ausbreitungsrichtung des Plasmastrahls nachgeordnet ist. Bei der Düse 13 kann es sich beispielsweise um eine wassergekühlte Kupferdüse handeln, die isoliert ist. Die Düse 13 hat in an sich bekannter Weise die Funktion, den Lichtbogen einzuschnüren. Der Düsenkörper 25 umfasst ferner eine zweiten Kühlung 26, insbesondere eine zweite Wasserkühlung 26, die den Düsenkörper 25 konzentrisch umgibt.The plasma torch shown in the single figure is constructed as follows:
The plasma torch comprises a burner head 10 in which an electrode, in particular a cathode 11 arranged. The cathode 11 is in a cathode holder 23 attached, a cooling 24 , in particular a water cooling 24 having. At the cathode 11 it is a rod cathode whose longitudinal axis is arranged coaxially with respect to the central axis of the burner head. The cathode 11 is centered in the burner head 10 arranged. The first gas guide 12a surrounds the electrode holder 23 and is connected to a gas line (not shown) for the supply of the ionizable gas, also called plasma gas. The supply of the plasma gas is indicated by arrows in the single figure. The electrode holder 23 is concentric with a nozzle body 25 surround. The annular gap between the electrode holder 23 and the nozzle body 25 forms the first gas guide 12a , The nozzle body 25 has a nozzle at one axial end 13 on, the cathode 11 downstream in the propagation direction of the plasma jet. At the nozzle 13 it may be, for example, a water-cooled copper nozzle that is insulated. The nozzle 13 has in known The function is to constrict the arc. The nozzle body 25 further includes a second cooling 26 , in particular a second water cooling 26 that the nozzle body 25 concentrically surrounds.

Der Düsenkörper 25 ist in einer Düsenkappe 27 angeordnet, deren Form der Form des Düsenkörpers 25 angepasst ist. Die Düsenkappe 27 hat die Funktion, den Düsenkörper vor dem aufspritzenden Material zu schützen. Die Düsenkappe 27 weist an einem axialen Ende eine Öffnung 28 auf, durch die der aus der Düse 13 austretende Plasmastrahl sowie der Lichtbogen ins Freie gelangt. Die Öffnung 28 fluchtet mit der Düse 13. Außerdem steht die Öffnung 28 der Düsenkappe 27 in Wirkverbindung mit einem Ringspalt zwischen dem Düsenkörper 25 und der Düsenkappe 27. Der Ringspalt bildet die zweite Gasführung 12b. Durch die Verbindung der Öffnung 28 mit dem Ringspalt kann das Sekundärfluid bzw. Sekundärgas der zweiten Gasführung 12b ebenfalls durch die Öffnung 28 austreten. The nozzle body 25 is in a nozzle cap 27 arranged, whose shape of the shape of the nozzle body 25 is adjusted. The nozzle cap 27 has the function of protecting the nozzle body from the splashing material. The nozzle cap 27 has an opening at one axial end 28 on, through which the out of the nozzle 13 emerging plasma jet and the arc passes into the open. The opening 28 Aligns with the nozzle 13 , In addition, the opening is 28 the nozzle cap 27 in operative connection with an annular gap between the nozzle body 25 and the nozzle cap 27 , The annular gap forms the second gas guide 12b , By connecting the opening 28 with the annular gap, the secondary fluid or secondary gas of the second gas guide 12b also through the opening 28 escape.

Der Plasmabrenner gemäß der einzigen Figur weist eine Anode 16 auf, die der Kathode 11 in Ausbreitungsrichtung des Plasmastrahls nachgeordnet ist, so dass zwischen der Kathode 11 und der Anode 16 im Betrieb ein Lichtbogen L erzeugbar ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Bearbeitung von Werkstücken mit dem Plasmabrenner im Wesentlichen materialunabhängig erfolgen kann. Die Kombination der Kathode 11 mit der Anode 16 ist besonders zur Bearbeitung nichtleitender Werkstücke, wie bspw. Stahlbeton usw. geeignet. Durch die der Kathode 11 nachgeordnete Anode 16 ist die Bearbeitung von Werkstücken bzw. das Verfahren relativ unempfindlich gegenüber Abstandsänderungen zwischen dem Werkstück und dem Brennerkopf.The plasma torch according to the single figure has an anode 16 on, the cathode 11 downstream in the propagation direction of the plasma jet, so that between the cathode 11 and the anode 16 In operation, an arc L can be generated. This embodiment has the advantage that the machining of workpieces with the plasma torch can be essentially independent of material. The combination of the cathode 11 with the anode 16 is particularly suitable for working non-conductive workpieces, such as. Reinforced concrete, etc. By the cathode 11 downstream anode 16 the machining of workpieces or the process is relatively insensitive to changes in distance between the workpiece and the burner head.

Die Bearbeitung elektrisch leitender Werkstücke ist auch möglich, bspw. das Schneiden von Kohlefasermatten, die mit herkömmlichen Plasmaschneidverfahren nicht zu schneiden sind. Eine weitere Anwendung sind Flächenabtragsverfahren. The processing of electrically conductive workpieces is also possible, for example. The cutting of carbon fiber mats, which are not to cut with conventional plasma cutting process. Another application is surface removal.

Bei der Anode 16 handelt es sich um eine Ringanode, die konzentrisch zur Mittellinie des Brennerkopfes 10 angeordnet ist. Die Ringanode fluchtet mit der Öffnung 28 bzw. der Düse 13. Die Düse 13, die Öffnung 28 und die Ringanode sind konzentrisch angeordnet. Die Ringanode weist einen ringförmigen Hohlraum auf, in dem ein Manipulator 17, insbesondere ein Permanentmagnet angeordnet ist. Zur Veränderung der Lage des Lichtbogens wird der Permanentmagnet entlang des Umfangs der Ringanode bewegt. Als Antrieb kann eine Hydraulikflüssigkeit, beispielsweise Wasser verwendet werden. Durch die Hydraulikflüssigkeit, insbesondere durch das Wasser, wird die Ringanode gleichzeitig gekühlt. Die Möglichkeit, die Lage des Lichtbogens L zu verändern, hat den Vorteil, dass der Fuß des Lichtbogens L nicht in die Anode 16 einbrennen kann. Vielmehr wird durch die kontinuierliche Veränderung der Lage des Lichtbogens L die thermische Belastung der Anode verringert. Zur Veränderung der Lage des Lichtbogens erzeugt der Manipulator ein lokales Magnetfeld, dass entlang der Ringanode umläuft. Im Falle des Permanentmagneten wird dies dadurch erreicht, dass der Permanentmagnet auf dem Umfang der Ringanode bewegt wird, insbesondere hydraulisch oder pneumatisch bewegt wird. Der hydraulisch Antrieb des Permanentmagneten hat den Vorteil, dass die Hydraulikflüssigkeit, beispielsweise Wasser nicht nur als Antrieb des Permanentmagneten, sondern auch zur Kühlung der Ringanode verwendet werden kann. Die Kühlung kann auch durch Luft oder ein sonstiges verfahren erfolgen.At the anode 16 it is a ring anode, concentric with the center line of the burner head 10 is arranged. The ring anode is aligned with the opening 28 or the nozzle 13 , The nozzle 13 , the opening 28 and the ring anode are arranged concentrically. The annular anode has an annular cavity in which a manipulator 17 , In particular, a permanent magnet is arranged. To change the position of the arc, the permanent magnet is moved along the circumference of the ring anode. As a drive hydraulic fluid, such as water can be used. By the hydraulic fluid, in particular by the water, the ring anode is cooled simultaneously. The ability to change the position of the arc L has the advantage that the foot of the arc L is not in the anode 16 can burn in. Rather, the thermal load on the anode is reduced by the continuous change in the position of the arc L. To change the position of the arc, the manipulator generates a local magnetic field that circulates along the ring anode. In the case of the permanent magnet this is achieved in that the permanent magnet is moved on the circumference of the annular anode, in particular hydraulically or pneumatically moved. The hydraulic drive of the permanent magnet has the advantage that the hydraulic fluid, for example, water can be used not only as a drive of the permanent magnet, but also for cooling the ring anode. The cooling can also be done by air or other method.

Konkret ist die Düse 13 zwischen der ersten Elektrode, insbesondere der Kathode 11 und der zweiten Elektrode, insbesondere der Ringelektrode, insbesondere der Ringanode 16 angeordnet. Die Düsenkappe 27 ist in entsprechender Weise zwischen den beiden Elektroden angeordnet. Der Lichtbogen L erstreckt sich im Betrieb zwischen den beiden Elektroden und verläuft durch die Düse 13 und in die Öffnung 28 der Düsenkappe 27. Nach der Düsenkappe 27 wird der Lichtbogen L radial nach außen umgelenkt und berührt die zweite Elektrode, konkret die Ringanode 16. Die Ringanode 16 ist so angeordnet, dass der Lichtbogen L diese am Innenumfang berührt. Die obere Stirnfläche der Ringanode 16, die zur Düsenkappe 27 weist, ist isoliert.Specifically, the nozzle 13 between the first electrode, in particular the cathode 11 and the second electrode, in particular the ring electrode, in particular the ring anode 16 arranged. The nozzle cap 27 is arranged in a corresponding manner between the two electrodes. The arc L extends in operation between the two electrodes and passes through the nozzle 13 and in the opening 28 the nozzle cap 27 , After the nozzle cap 27 the arc L is deflected radially outwards and touches the second electrode, specifically the ring anode 16 , The ring anode 16 is arranged so that the arc L touches it on the inner circumference. The upper face of the ring anode 16 leading to the nozzle cap 27 points is isolated.

Die Ringanode 16 ist von der Düse 13 getrennt. Die Trennung erfolgt dadurch, dass die Ringanode 16 an der Düsenkappe 27 befestigt ist, wobei zwischen der Düsenkappe 27 und der Düse 13 ein Spalt besteht. Außerdem ist zwischen der Ringanode 16 und der Düsenkappe 27 ein Isolator 21 angeordnet, so dass die Ringanode 16 von der Düsenkappe 27 auch elektrisch getrennt ist. Wenn die Düse 13 und die Ringanode 16 als ein integrales Bauteil ausgeführt sind, ist eine geeignete elektrische Isolierung vorgesehen.The ring anode 16 is from the nozzle 13 separated. The separation takes place in that the ring anode 16 at the nozzle cap 27 is attached, being between the nozzle cap 27 and the nozzle 13 there is a gap. In addition, between the ring anode 16 and the nozzle cap 27 an insulator 21 arranged so that the ring anode 16 from the nozzle cap 27 is also electrically isolated. If the nozzle 13 and the ring anode 16 are designed as an integral component, a suitable electrical insulation is provided.

Die Ringanode 16 weist eine Durchtrittsöffnung 30 auf, die mit der Öffnung 28 der Düsenkappe 27, der Düse 13 und der ersten Elektrode bzw. der Kathode 11 fluchtet. Die Durchtrittsöffnung 30 ist so angeordnet, dass der im Lichtbogen L erzeugte Plasmastrahl durch die Durchtrittsöffnung 30 hindurchströmen kann, wie in der einzigen Figur zu erkennen. Durch die Ringanode 16 wird erreicht, dass keine Einbauten oder andere Elektrodenbauteile in den Strömungsweg des Plasmastrahls ragen. Der Plasmastrahl kann weitestgehend ungehindert durch die Ringelektrode 16 hindurchströmen, ohne dass es dabei zu signifikanten Strömungsverlusten oder Verwirbelungen kommt. The ring anode 16 has a passage opening 30 on that with the opening 28 the nozzle cap 27 , the nozzle 13 and the first electrode or the cathode 11 flees. The passage opening 30 is arranged so that the plasma jet generated in the arc L through the passage opening 30 can flow through, as seen in the single figure. Through the ring anode 16 it is achieved that no internals or other electrode components protrude into the flow path of the plasma jet. The plasma jet can be largely unhindered by the ring electrode 16 flow through, without causing significant flow losses or turbulence.

Durch die Ringanode 16 wird ferner erreicht, dass der Plasmastrahl und der Lichtbogen L, also der Strompfad, sich im Bereich der Ringanode 16 bzw. der ringförmigen Anode trennen. Beim Austritt des Plasmastrahls aus der Durchtrittsöffnung 30 sind der Lichtbogen L und der Plasmastrahl voneinander getrennt. Damit ist eine materialunabhängige Bearbeitung von Werkstücken möglich. Through the ring anode 16 is further achieved that the plasma jet and the arc L, so the current path, in the region of the ring anode 16 or separate the annular anode. At the exit of the plasma jet from the passage opening 30 the arc L and the plasma jet are separated. This enables material-independent machining of workpieces.

Die Verbindung der Ringanode bzw. generell der Anode 16 mit der Düsenkappe 27 erfolgt durch den vorgenannten Isolator 21. Der Isolator 21 ist ein ringförmiges Bauteil, an dessen Stirnfläche die Ringanode befestigt ist. Auf der der Ringanode gegenüberliegenden Seite des Isolators ist eine Aufnahmeschräge vorgesehen, deren Neigungswinkel dem Neigungswinkel der Düsenkappe 27 entspricht. Somit ist es möglich, zwischen dem Isolator 21 und der Düsenkappe 27 eine formschlüssige Verbindung herzustellen. Der Isolator 21 weist einen radialen Bund 29 auf, der über das axiale Ende der Düsenkappe 27 vorsteht. Der radiale Bund 29 beabstandet die Ringanode vom axialen Ende der Düsenkappe 27. Außerdem münden die im Isolator 21 ausgebildeten Luftkanäle 22, bzw. Zufuhrkanäle am radialen Bund 29 in den Bereich der Austrittsöffnung der Düse 13 bzw. in den Bereich der Austrittsöffnung der Düsenkappe 27. Die Luftkanäle 22, bzw. Zufuhrkanäle sind auf dem Umfang des Isolators 21 verteilt angeordnet. Die Luftkanäle 22, bzw. Zufuhrkanäle sind jeweils bezogen auf die Mittelachse des Brennerkopfes 10 radial nach außen geneigt. Die Luftzufuhr durch die Luftkanäle 22, bzw. Zufuhrkanäle ist regulierbar. Die hierfür vorgesehene Reguliereinheit ist nicht dargestellt. The connection of the ring anode or generally the anode 16 with the nozzle cap 27 done by the aforementioned insulator 21 , The insulator 21 is an annular component, on the end face of the annular anode is attached. On the opposite side of the ring anode of the insulator a receiving slope is provided, the inclination angle of the inclination angle of the nozzle cap 27 equivalent. Thus it is possible between the insulator 21 and the nozzle cap 27 to establish a positive connection. The insulator 21 has a radial collar 29 on top of the axial end of the nozzle cap 27 protrudes. The radial collar 29 spaced the ring anode from the axial end of the nozzle cap 27 , They also open in the isolator 21 trained air ducts 22 , or supply channels on the radial collar 29 in the area of the outlet opening of the nozzle 13 or in the region of the outlet opening of the nozzle cap 27 , The air channels 22 , or supply channels are on the circumference of the insulator 21 arranged distributed. The air channels 22 , or feed channels are each based on the center axis of the burner head 10 inclined radially outwards. The air supply through the air channels 22 , or supply channels is adjustable. The regulatory unit provided for this purpose is not shown.

Allgemein kann vorgesehen sein, dass zwischen der Anode und der Düse ein Isolator mit wenigstens einem Luftkanal, bzw. Zufuhrkanal angeordnet ist, der in den Austrittsbereich der Düse, insbesondere in den Bereich der Anode mündet. Dabei kann die Luftzufuhr durch den wenigstens einen Luftkanal, insbesondere durch die Luftkanäle reguliert werden. Durch den Isolator kann die Anode mit der Düse verbunden werden, die somit einen Teil des Brennerkopfes bildet. Der Isolator bietet die Möglichkeit, den Brennerkopf mit der Anode als kompaktes, einteiliges Bauteil auszubilden. Die in den Bereich der Anode bzw. in den Austrittsbereich der Düse mündenden Luftkanäle bzw. der einzige Luftkanal dient zur Kühlung der Anode und zur Kühlung der abzusaugenden Gase. Die Möglichkeit, die Luftzufuhr durch den Luftkanal zu regulieren eröffnet die Möglichkeit, den Druck der zugeführten Luft an das Dichtvermögen des Dichtmittels anzupassen, so dass kein Staub aus dem Dichtbereich entweichen kann. In general, it can be provided that an insulator with at least one air channel or feed channel is arranged between the anode and the nozzle, which opens into the outlet region of the nozzle, in particular into the region of the anode. In this case, the air supply can be regulated by the at least one air duct, in particular by the air ducts. Through the insulator, the anode can be connected to the nozzle, which thus forms part of the burner head. The insulator offers the possibility of forming the burner head with the anode as a compact, one-piece component. The air channels opening into the region of the anode or into the outlet region of the nozzle or the only air channel serves for cooling the anode and for cooling the gases to be sucked off. The ability to regulate the air supply through the air duct opens up the possibility of adapting the pressure of the supplied air to the sealing ability of the sealant, so that no dust can escape from the sealing area.

Der Manipulator 17 wird nachfolgend näher erläutert:
Der ringförmige Hohlraum, in dem der Manipulator 17, insbesondere der Permanentmagnet angeordnet ist, ist als ringförmig geschlossener Hohlkanal ausgebildet. Der Hohlkanal ist mit einer Gaszuführung oder einer Flüssigkeitszuführung (nicht dargestellt) verbunden. Durch die Gaszuführung kann Schutzgas und/oder Plasmagas in den Hohlkanal eingeleitet werden. Durch die Flüssigkeitszuführung kann beispielsweise das Kühlmedium in den Hohlkanal strömen. Die Gaszuführung bzw. Flüssigkeitszuführung ist dazu mit dem Gassystem bzw. dem Kühlsystem des Plasmabrenners verbunden und bildet den pneumatischen oder hydraulischen Antrieb des Permanentmagneten. Der Antrieb kann eine Steuer- oder Regeleinheit aufweisen (nicht dargestellt), mit der die Umlaufgeschwindigkeit des Permanentmagneten in der Ringanode 16 geändert werden kann. Der Hohlkanal kann so angepasst sein, dass das jeweils zugeführte Medium einen Kreislauf bildet.The manipulator 17 is explained in more detail below:
The annular cavity in which the manipulator 17 , In particular, the permanent magnet is arranged, is designed as an annular closed hollow channel. The hollow channel is connected to a gas supply or a liquid supply (not shown). Through the gas supply inert gas and / or plasma gas can be introduced into the hollow channel. By the liquid supply, for example, the cooling medium can flow into the hollow channel. The gas supply or liquid supply is connected to the gas system or the cooling system of the plasma torch and forms the pneumatic or hydraulic drive of the permanent magnet. The drive may have a control unit (not shown) with which the rotational speed of the permanent magnet in the annular anode 16 can be changed. The hollow channel can be adapted so that the respectively supplied medium forms a circuit.

Der pneumatische oder hydraulische Antrieb funktioniert dadurch, dass im Hohlkanal eine Strömung ausgebildet wird, die den Manipulator 17 bzw. den Permanentmagnet mitnimmt, so dass sich dieser entlang des Umfangs der Ringelektrode bzw. Ringanode 16 bewegt. Dadurch wird erreicht, dass sich das lokale Magnetfeld, das vom Permanentmagneten erzeugt wird, auf dem Umfang der Ringelektrode fortbewegt, wodurch die Ortslage des Lichtbogens L verändert wird. Konkret wandert der Fuß des Lichtbogens L durch die Bewegung des Magnetfeldes auf dem Umfang der Ringanode 16, so dass die Temperatur- und Zeitbelastung der Ringanode 16 durch den Lichtbogen L verringert wird. Das Festbrennen des Lichtbogens wird damit verhindert. The pneumatic or hydraulic drive works by forming a flow in the hollow channel, which forms the manipulator 17 or entrains the permanent magnet, so that this along the circumference of the ring electrode or ring anode 16 emotional. It is thereby achieved that the local magnetic field, which is generated by the permanent magnet, moves on the circumference of the ring electrode, whereby the spatial position of the arc L is changed. Specifically, the foot of the arc L moves by the movement of the magnetic field on the circumference of the ring anode 16 , so that the temperature and time load of the ring anode 16 is reduced by the arc L. The burning of the arc is thus prevented.

Anstelle des Permanentmagneten bzw. mehrerer Permanentmagneten können mehrere auf dem Umfang der Ringanode 16 angeordnete schaltbare Elektromagnete vorgesehen sein. Die Funktion der Elektromagnete besteht darin, ein lokales elektromagnetisches Feld zu erzeugen, das sich auf dem Umfang der Ringanode 16 bewegt. Damit wird, wie vorstehend im Zusammenhang mit den Permanentmagnet bzw. Dauermagnet ausgeführt, verhindert, dass der Lichtbogen L festbrennt. Die Verwendung der schaltbaren Elektromagnete hat den weiteren Vorteil, dass zusätzlich zur variablen Geschwindigkeit auch die Stärke des Magnetfeldes variiert werden kann.Instead of the permanent magnet or a plurality of permanent magnets may more on the circumference of the ring anode 16 arranged switchable electromagnets may be provided. The function of the electromagnets is to create a local electromagnetic field that is located on the circumference of the ring anode 16 emotional. This is, as stated above in connection with the permanent magnet or permanent magnet, prevents the arc L burns down. The use of the switchable electromagnets has the further advantage that in addition to the variable speed and the strength of the magnetic field can be varied.

Alternativ kann der Permanentmagnet auf dem Außenumfang bspw. auf einer Außenlaufbahn der Ringelektrode umlaufen.Alternatively, the permanent magnet on the outer circumference, for example, on an outer race of the ring electrode rotate.

Die Anode 16 ist ringförmig, insbesondere kreisringförmig. Andere ringförmige Geometrien, die von der Kreisform abweichen, sind möglich. Dies gilt auch für den Begriff "Ringelektrode" bzw. "Ringanode". The anode 16 is annular, in particular circular. Other ring-shaped geometries that deviate from the circular shape are possible. This also applies to the term "ring electrode" or "ring anode".

Die Polarität der ersten und zweiten Elektrode ist frei wählbar. In der einzigen Figur ist ferner die Absaugeinrichtung 14 dargestellt, die Teil des Brennerkopfes 10 ist bzw. allgemein Teil des Plasmabrenners ist und der Düse 13 zugeordnet ist. Dies bedeutet, dass die Absaugeinrichtung 14 so nahe an der Düse 13 angeordnet ist, dass die Absaugeinrichtung 14 die Funktion erfüllen kann, die aus der Düse 13 austretenden Gase und den im Bereich der Düse entstehenden Staub abzusaugen. Dazu ist die Absaugeinrichtung 14 mit der Düse 13 oder mit einem Anbau der Düse 13, bspw. mit der Ringanode verbunden. Wenn die Absaugeinrichtung 14 mit der Ringelektrode verbunden ist, ist die Absaugeinrichtung 14 elektrisch isoliert.The polarity of the first and second electrodes is freely selectable. In the single figure is also the suction 14 shown, the part of the burner head 10 is or is generally part of the plasma torch and the nozzle 13 assigned. This means that the suction device 14 so close to the nozzle 13 is arranged that the suction device 14 The function can be fulfilled by the nozzle 13 Extract escaping gases and the dust generated in the area of the nozzle. This is the suction device 14 with the nozzle 13 or with an attachment of the nozzle 13 , For example, connected to the ring anode. When the suction device 14 is connected to the ring electrode, the suction device 14 electrically isolated.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Absaugeinrichtung 14 ein Absaugrohr 18, das mit einer nicht dargestellten Filtereinheit verbunden ist. Die Richtung des Staubstromes im Absaugrohr 18 ist durch den Pfeil in der einzigen Figur dargestellt. Das Absaugrohr 18 ragt etwas über die Düse 13, insbesondere etwas über die Anode 16 in Ausbreitungsrichtung des Plasmastrahls vor. Dies bedeutet, dass die Unterkante des Absaugrohrs 18 den im Gebrauch bzw. im Betrieb den Spalt zwischen der Anode 16 bzw. der Düse 13 bzw. der Düsenkappe 27 und dem Werkstück W überbrückt. Der vorspringende Teil des Absaugrohres 18 kann so eingestellt sein, dass dieser das Werkstück W im Gebrauch berührt oder ein Spalt zwischen dem vorspringenden Teil des Absaugrohres 18 und dem Werkstück W besteht.In the illustrated embodiment, the suction device comprises 14 a suction tube 18 , which is connected to a filter unit, not shown. The direction of the dust flow in the suction tube 18 is represented by the arrow in the single figure. The suction tube 18 protrudes something over the nozzle 13 , especially something about the anode 16 in the propagation direction of the plasma jet. This means that the lower edge of the suction tube 18 in use or during operation, the gap between the anode 16 or the nozzle 13 or the nozzle cap 27 and the workpiece W bridged. The projecting part of the suction pipe 18 may be set to contact the workpiece W in use or a gap between the projecting part of the suction pipe 18 and the workpiece W exists.

Das Absaugrohr 18 ist bezogen auf die Mittelachse des Brennerkopfes geneigt angeordnet, so dass einerseits die Verbindung mit der Filtereinheit möglich ist, ohne dass das Absaugrohr 18 mit der Düsenkappe 27 kollidiert. Andererseits wird durch Neigung des Absaugrohrs 18 erreicht, dass die Eintrittsöffnung des Absaugrohrs 18 über die Unterseite der Ringanode vorsteht. Das Absaugrohr 18 ist in Vorschubrichtung (siehe Pfeil oberhalb des Brennerkopfes senkrecht zur Mittellinie des Brennerkopfes) der Düse 13 nachgeordnet. Dadurch wird erreicht, dass der sich im Betrieb im Bereich der Fuge bildende Staub durch das Absaugrohr 18 gut abgesaugt werden kann. The suction tube 18 is arranged inclined with respect to the central axis of the burner head, so that on the one hand, the connection with the filter unit is possible without the suction tube 18 with the nozzle cap 27 collided. On the other hand, by tilting the suction tube 18 achieved that the inlet opening of the suction tube 18 protrudes beyond the underside of the ring anode. The suction tube 18 is in the feed direction (see arrow above the burner head perpendicular to the center line of the burner head) of the nozzle 13 downstream. This ensures that the forming in operation in the region of the joint dust through the suction pipe 18 can be sucked off well.

Anstelle des Absaugrohrs 18 kann eine Absaugglocke vorgesehen sein, die den Brennerkopf vollständig umgibt und durch einen Ringspalt zwischen Brennerkopf und Absaugglocke oder durch ein anderweitiges Rohrsystem den im Bereich der Düse entstehenden Staub absaugt. Damit ist eine weiträumigere Absaugung des entstehenden Staubes möglich.Instead of the suction tube 18 a suction bell can be provided which completely surrounds the burner head and sucks the dust generated in the area of the nozzle through an annular gap between the burner head and the suction bell or through another pipe system. This allows a more extensive extraction of the resulting dust.

Der Brennerkopf 10 weist ein Dichtmittel 15 auf, das im Ansaugbereich der Absaugeinrichtung 14 und/oder im Austrittsbereich der Düse 13 angeordnet ist. Das Dichtmittel 15 hat die Funktion, den Brennerkopf im Gebrauch gegen das Werkstück W derart abzudichten, dass die bei der Bearbeitung entstehenden Gase und der bei der Bearbeitung entstehende Staub zurückgehalten wird, so dass dieser gesammelt durch die Absaugeinrichtung 14 abgesaugt werden kann. Die Geometrie des Dichtmittels bzw. die Dimensionen des Dichtmittels 15 sind so bemessen, dass diese sich zwischen der Unterseite des Brennerkopfes, insbesondere der Unterseite der Ringanode und dem Werkstück erstrecken.The burner head 10 has a sealant 15 on, in the intake of the suction 14 and / or in the exit region of the nozzle 13 is arranged. The sealant 15 has the function of sealing the burner head in use against the workpiece W so as to retain the gases produced during processing and the dust produced during the processing so that it is collected by the suction device 14 can be sucked off. The geometry of the sealant or the dimensions of the sealant 15 are sized so that they extend between the bottom of the burner head, in particular the underside of the annular anode and the workpiece.

Konkret umfasst das Dichtmittel 15 eine Schleppe 19, die der Düse 13 in Vorschubrichtung nachgeordnet ist. Die Schleppe 19 ist so ausgelegt, dass diese im Betrieb die bei der Bearbeitung entstehende Fuge überdeckt, so dass sich die in der Fuge sammelnden Gase und der aufgewirbelte Staub nicht aus der Fuge entweichen kann. Die Schleppe 19 ist mit dem Brennerkopf so verbunden, dass die Schleppe 19 bei der Vorschubbewegung des Brennerkopfes 10 mitgenommen wird. Konkret ist die Schleppe 19 an der Außenkante des Absaugrohrs 18 befestigt. Da das Absaugrohr 18 in Vorschubrichtung der Düse 13 bzw. der Ringanode nachgeordnet, ist auch automatisch die Schleppe 19 der Düse 13 bzw. der Ringanode nachgeordnet. Specifically, the sealant includes 15 a train 19 that of the nozzle 13 downstream in the feed direction. The train 19 It is designed so that during operation it covers the joint formed during machining, so that the gases collecting in the joint and the dust that has been stirred up can not escape from the joint. The train 19 is connected to the burner head so that the train 19 during the advancing movement of the burner head 10 is taken. Specifically, the train is 19 on the outer edge of the suction tube 18 attached. Because the suction tube 18 in the feed direction of the nozzle 13 or the ring anode downstream, is automatically the train 19 the nozzle 13 or the ring anode downstream.

Als weiteres Dichtmittel 15 ist eine Schürze 20 vorgesehen, die den Spalt zwischen dem Brennerkopf 10, konkret zwischen der Unterseite der Ringanode und dem Werkstück W überbrückt und somit den Brennerkopf 10 seitlich abdichtet. Die Schürze 20 ist an der Außenkante der Ringanode an deren Unterseite befestigt. Die Schürze 20 dichtet den gesamten Spalt zwischen der Ringanode und dem Werkstück ab. Dazu erstreckt sich die Schürze 20 auf dem gesamten Umfang der Ringanode bis zum Absaugrohr 18. Die Schürze 20, das Absaugrohr 18 und die Schleppe 19 bilden zusammen ein Dichtsystem, das den Brennerkopf 10 weitestgehend vollständig gegen das Werkstück W abdichtet. Dadurch wird der Austritt von Staub, insbesondere von belastetem Staub in die Umgebung weitestgehend vermieden. Durch die Integration des Absaugrohrs 18 in das Dichtsystem wird der bei der Bearbeitung bestehende Staub sicher abgeführt und kann einer Filteranlage (nicht dargestellt) zugeführt werden. Die Filteranlage kann so ausgeführt sein, dass die Staubentnahme entweder konventionell, kontaminationsarm oder kontaminationsfrei erfolgt. As another sealant 15 is an apron 20 provided the gap between the burner head 10 Concretely bridged between the underside of the ring anode and the workpiece W and thus the burner head 10 Seals laterally. The skirt 20 is attached to the outer edge of the ring anode at the bottom thereof. The skirt 20 seals the entire gap between the ring anode and the workpiece. In addition, the apron stretches 20 on the entire circumference of the ring anode to the suction tube 18 , The skirt 20 , the suction pipe 18 and the train 19 Together they form a sealing system that seals the burner head 10 largely completely against the workpiece W seals. As a result, the escape of dust, in particular contaminated dust in the environment is largely avoided. By integrating the suction tube 18 in the sealing system, the existing during processing dust is safely removed and can be a filter system (not shown) supplied. The filter system can be designed so that the dust is either conventional, low-contamination or contamination-free.

Der Plasmabrenner gemäß der einzigen Figur funktioniert wie folgt:
Zunächst wird ein Lichtbogen L zwischen der Kathode 11 und der Anode 16 gezündet. Der Lichtbogenmanipulator 17 der Anode 16 dient dazu, den Lichtbogen abzulenken und somit ein Einbrennen des Lichtbogens auf der Anode 16 zu verhindern. Der Lichtbogen erhitzt das Plasmagas und das Hüllgas, so dass sich eine Plasmakeule bildet. Die Plasmakeule schmilzt das Material des Werkstückes W und treibt es gleichzeitig aus der Trennfuge bzw. der Schneide- oder Hobelfuge aus. Die erhitzten Gase und das herausgeschleuderte Material des Werkstückes W werden dann durch die Absaugung mit der Umgebungsluft gekühlt und durch eine geeignete Filteranlage abgefiltert. Bei der Absaugung wird ein Großteil der abgesaugten Frischluft durch die Schneidfuge eingesaugt. Dies ist durch die Pfeile in der einzigen Figur dargestellt. Um dies zu erreichen, ist die Fuge, wie vorstehend erläutert, mit der Schleppe 19 abgedeckt. Außerdem kann die Luftzufuhr durch die Luftkanäle 22 reguliert werden. Dadurch wird verhindert, dass das an der Schneidfront abprallende Gas durch die Fuge in die Umgebung entweichen kann. The plasma torch according to the single figure functions as follows:
First, an arc L between the cathode 11 and the anode 16 ignited. The arc manipulator 17 the anode 16 serves to deflect the arc and thus burn the arc on the anode 16 to prevent. The arc heats the plasma gas and the sheath gas, forming a plasma core. The plasma owl melts the material of the workpiece W and drives it simultaneously from the parting line or the cutting or Hobelfuge. The heated gases and the ejected material of the workpiece W are then cooled by the suction with the ambient air and filtered by a suitable filter system. During extraction, a large part of the extracted fresh air is sucked through the cutting joint. This is illustrated by the arrows in the single figure. To achieve this, the joint is, as explained above, with the train 19 covered. In addition, the air supply through the air ducts 22 be regulated. This prevents the bouncing on the cutting front gas can escape through the joint into the environment.

Als Plasmagase können beispielsweise verwendet werden: Luft, O₂, N₂, AR/H₂, He. Als Schutzgase können beispielsweise verwendet werden: Luft, O₂, N₂, CO₂, Wasser. Wenn Wasser als Sekundärfluid verwendet wird bzw. als Schutzmittel wird dem Filter ein Kondensator (nicht dargestellt) vorgeschaltet, in dem Wasser wieder kondensieren kann. Das Schutzgas kann auch entfallen. Examples of plasma gases which can be used are: air, O ₂ , N ₂ , AR / H ₂ , He. As protective gases can be used, for example: air, O ₂ , N ₂ , CO ₂ , water. If water is used as a secondary fluid or as a protective agent, the filter is preceded by a condenser (not shown) in which water can condense again. The protective gas can also be omitted.

Typische Durchflussmengen sind beispielsweise 20–80 L/Min. Plasmagas und 5–200 L/Min. Schutzgas (0,3–0,7 L/Min. Wasser). Die Schneidströme können 100 A–1600 A betragen. Die Menge der Absaugluft richtet sich nach der eingebrachten elektrischen Leistung und liegt zwischen 5–25 m²/H pro kW eingebrachte Leistung. Bei diesen Absaugmengen ist gewährleistet, dass die resultierende Abgastemperatur nicht über 65° Celsius ansteigt. Typical flow rates are for example 20-80 L / min. Plasma gas and 5-200 L / min. Inert gas (0.3-0.7 L / min. Water). The cutting currents can be 100 A-1600 A. The amount of exhaust air depends on the electrical power input and is between 5-25 m ² / H per kW of power input. With these extraction quantities, it is ensured that the resulting exhaust gas temperature does not rise above 65 ° Celsius.

Der in der Figur dargestellte Plasmabrenner hat den Vorteil, dass die Kontamination mit Staub bauseitig vermieden wird. Außerdem kann mittels des Plasmabrenners der Bearbeitungsprozess automatisiert werden. Die Bearbeitung ist relativ unempfindlich gegenüber Abstandsveränderungen zwischen dem Werkstück W und dem Plasmabrenner. Aufgrund der Anoden/Kathoden-Kombination ist das Verfahren materialunabhängig. Insbesondere sind die Vorrichtung und das Verfahren zur Bearbeitung elektrisch nicht leitender oder elektrisch schlecht leitender Werkstücke ebenso wie zur Bearbeitung elektrisch leitender Werkstoffe geeignet. The plasma torch shown in the figure has the advantage that the contamination with dust is avoided on site. In addition, the machining process can be automated by means of the plasma torch. The machining is relatively insensitive to changes in the distance between the workpiece W and the plasma torch. Due to the anode / cathode combination, the process is material independent. In particular, the apparatus and the method for processing electrically non-conductive or electrically poorly conductive workpieces as well as for processing electrically conductive materials are suitable.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Brennerkopfburner head
1111: Kathodecathode
12a12a: erste Gasführungfirst gas flow
12b12b: zweite Gasführungsecond gas flow
1313: Düsejet
1414: Absaugeinrichtungsuction
1515: Dichtmittelsealant
1616: Anode/RinganodeAnode / anode ring
1717: Manipulatormanipulator
1818: Absaugrohrsuction tube
1919: Schleppe train
2020: Schürzeapron
2121: Isolatorinsulator
2222: Zufuhrkanalsupply channel
2323: Elektrodenhalterelectrode holder
2424: erste Kühlungfirst cooling
2525: Düsenkörpernozzle body
2626: zweite Kühlungsecond cooling
2727: Düsenkappenozzle cap
2828: Öffnungopening
2929: BundFederation
3030: DurchtrittsöffnungThrough opening
LL: LichtbogenElectric arc
WW: Werkstückworkpiece

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005039070 A1 [0001, 0003]

Claims

Plasma torch for machining workpieces by cutting and / or gouging comprising a burner head ( 10 ) with a first and second electrode, in particular cathode ( 11 ) and anode ( 16 ), for generating an arc L, a first gas guide ( 12a ) for supplying an ionizable gas into the arc L and a nozzle ( 13 ), wherein in operation the plasma jet generated in the arc L through the nozzle ( 13 ) exits, impinges on the workpiece and removes material, characterized in that the second electrode is a ring electrode, in particular ring anode ( 16 ), which forms an arc manipulator ( 17 ) for generating a magnetic field or an electromagnetic field, wherein the location of the arc L along the circumference of the ring electrode, in particular ring anode ( 16 ), is changeable by the field.

Plasma torch according to claim 1, characterized in that the arc manipulator ( 17 ) has at least one movable along the circumference of the ring electrode permanent magnet and / or a plurality of along the circumference of the ring electrode arranged switchable electromagnet.

Plasma torch according to claim 2, characterized in that the permanent magnet has a mechanical or pneumatic or hydraulic drive.

Plasma torch according to claim 2 or 3, characterized in that the ring electrode has a hollow channel in which the permanent magnet is arranged to be movable in the circumferential direction of the ring electrode or the ring electrode has an outer raceway along which the permanent magnet rotates.

Plasma torch according to claim 6, characterized in that the hollow channel with a gas supply, in particular inert gas and / or plasma gas supply, or with a liquid supply, in particular cooling medium supply, fluidly connected.

Plasma torch according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzle ( 13 ) a suction device ( 14 ) for sucking off the dust occurring during processing and a sealant ( 15 ), the sealant ( 15 ) in the intake area of the suction device ( 14 ) and / or in the exit area of the nozzle ( 13 ) is arranged to seal in use against the workpiece in such a way that the dust retained and by the suction device ( 14 ) is sucked off.

Plasma torch according to claim 6, characterized in that the suction device ( 14 ) a suction tube ( 18 ), the side of the burner head ( 11 ) and via the nozzle ( 13 ), in particular projects beyond the ring electrode in the propagation direction of the plasma jet.

Plasma torch according to claim 6 or 7, characterized in that the sealing means ( 15 ) a train ( 19 ) for covering the joint formed during the machining of the workpiece, wherein the train ( 19 ) of the nozzle ( 13 ) in the feed direction of the burner head ( 10 ), and / or the sealant ( 13 ) an apron ( 20 ), which via the nozzle ( 13 ), in particular via the ring electrode, projecting in the propagation direction of the plasma jet and in use seals against the workpiece.

Plasma torch according to one of the preceding claims, characterized in that at least one supply channel ( 22 ) in the exit area of the nozzle ( 13 ) opens.

Plasma torch according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzle ( 13 ) and the ring electrode ( 16 ) form an integral component or two separate components.

Method for machining a workpiece by cutting and / or gouging, in which a plasma jet is generated by supplying an ionizable gas into an arc L which is connected between a first and a second electrode, in particular a cathode ( 11 ) and anode ( 16 ) burns a plasma torch, the plasma jet from a nozzle ( 13 ) exits the workpiece and ablates material from the workpiece, characterized in that the arc L on the circumference of the second electrode, the ring electrode, in particular a ring anode ( 16 ), rotates and the plasma jet flows through the ring electrode.