DE1639257B1 - HIGH FREQUENCY PLASMA GENERATOR - Google Patents
HIGH FREQUENCY PLASMA GENERATORInfo
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- DE1639257B1 DE1639257B1 DE19681639257 DE1639257A DE1639257B1 DE 1639257 B1 DE1639257 B1 DE 1639257B1 DE 19681639257 DE19681639257 DE 19681639257 DE 1639257 A DE1639257 A DE 1639257A DE 1639257 B1 DE1639257 B1 DE 1639257B1
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Description
Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenz-Plasma- Verhältnisse für die Kühlung des vorderen Genegenerator mit einem zylindrischen Rohr, an dessen ratorteils vorhanden, so daß beim Hauptanwendungseiner Stirnseite das zu ionisierende Gas zu- und an gebiet des Plasmastrahlgenerators als chirurgisches dessen anderer Stirnseite das erzeugte Plasma aus- Schneidinstrument dieser Teil zum Anfassen und strömt, eine Induktionsspule, deren eines Ende an 5 Führen des Instrumentes verwendet werden kann. Es Masse liegt, einen Hochfrequenzgenerator, der an ist dann dieser Generatorteil auch auf Massepotential dem anderen Ende der Induktionsspule und einem gelegt.The invention relates to a high-frequency plasma ratio for cooling the front gene generator with a cylindrical tube, at the ratorteils present, so that when the main application is Front side the gas to be ionized and on area of the plasma jet generator as surgical whose other end face the generated plasma from cutting instrument this part to touch and flows, an induction coil, one end of which can be used to guide the instrument. It Ground is a high-frequency generator, which then this generator part is also at ground potential the other end of the induction coil and one placed.
zwischen den beiden Enden der Induktionsspule ge- An Hand einiger in der Zeichnung dargestellter legenen Abgriff an der Induktionsspule verbunden spezieller Ausführungsbeispiele der Erfindung werist, wobei die gesamte Schaltungsanordnung zwi- io den im Zusammenhang mit der nachfolgenden aussehen den Enden der Induktionsspule eine Hoch- führlichen Beschreibung die Eigenschaften, Merkfrequenzspannung erzeugt, die größer ist als die vom male und Vorteile der Erfindung nochmals deutlich Generator gelieferte Erregerspannung, und das Aus- klar. Es gehen aus dieser Beschreibung auch Merkströmende des Rohres an das auf Hochspannung lie- male von die Erfindung vorteilhaft weiterbildenden gende Ende der Induktionsspule angeschlossen ist. 15 Ausführungsformen und Abwandlungen hervor. Esbetween the two ends of the induction coil. Some of those shown in the drawing Lay tap on the induction coil connected to special embodiments of the invention, the entire circuit arrangement between the two look in connection with the following the ends of the induction coil a detailed description of the properties, frequency voltage generated, which is greater than that of the times and advantages of the invention again clearly Generator supplied excitation voltage, and the clear. There are also memory streams from this description of the pipe to the high voltage that advantageously further develops the invention end of the induction coil is connected. 15 embodiments and modifications. It
Wirkungsgrad, Stabilität und Höhe der Spannung zeigtShows efficiency, stability and voltage level
sind bei diesen bekannten Hochfrequenz-Plasma- F i g. 1 eine Gesamtansicht einer bevorzugten Ausgeneratoren
nicht so wie gewünscht. Auch wird zur führungsform des Plasmastrahlbrenners,
Zündung eine Hilfselektrode benötigt, was den Auf- F i g. 2 denselben Plasmabrenner in geöffnetem
bau verkompliziert. Außerdem ist die Erregerspule 20 Zustand geringfügig vergrößert,
konzentrisch um eine Masivelektrode angeordnet, so F i g. 3 eine abermals vergrößerte Darstellung des
daß diese Elektrode innerhalb der Spule induktiv Plasmastrahlbrenners nach Fig. 1 im Längsschnitt
erhitzt wird, wodurch nicht nur Wärmeprobleme auf- undare in these known high-frequency plasma F i g. 1 is an overall view of a preferred generator not as desired. The plasma jet torch is also used as a guide,
Ignition requires an auxiliary electrode, which is the reason for F i g. 2 complicated the same plasma torch in an open structure. In addition, the excitation coil 20 state is slightly enlarged,
arranged concentrically around a solid electrode, as shown in FIG. 3 is a further enlarged view of the fact that this electrode is heated inductively within the coil of the plasma jet burner according to FIG
treten können sondern der Wirkungsgrad auch er- Fig.4 eine andere Ausführungsform des Plasmaheblich
absinkt. Der bekannte Plasmagenerator arbei- 25 Strahlbrenners ebenfalls im Längsschnitt,
tet auch nur dann, wenn die Verbindungsleitungen Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung,
zwischen dem Hochfrequenzgenerator und dem Pias- die in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, weist einen Plasmamabrenner
verhältnismäßig kurz sind. brenner 10 auf, der ein im wesentlichen zylindrisches,but the efficiency also decreases significantly. The well-known plasma generator also works in a longitudinal section,
A preferred embodiment of the invention, between the high-frequency generator and the pias, which is shown in FIGS. 1 to 3, has a plasma torch are relatively short. burner 10, which has a substantially cylindrical,
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb einen Hoch- leitendes Schutzgehäuse 12 besitzt, das einstückig aus frequenz-Plasmastrahlgenerator der vorstehend ge- 30 Aluminium hergestellt sein kann, und einen rücknannten Art so zu verbessern, daß die aufgezeigten wärtigen Abschnitt 14, einen vorderen Abschnitt 16, Nachteile beseitigt sind, wobei vor allem Wert auf kleineren Durchmessers und einen die beiden Abeinfache Handhabung, einfache Gestaltung, sicheren schnitte verbindenden konischen Übergangsabschnitt und stabilen Betrieb und guten Wirkungsgrad gelegt 18 aufweist. Das Schutzgehäuse 12 besitzt eine rückwird. 35 wärtige öffnung 20, eine vordere öffnung 22 und eineThe object of the invention is therefore a highly conductive protective housing 12 which is made in one piece frequency plasma jet generator which can be manufactured above 30 aluminum, and a reverse Kind to improve so that the indicated wärtigen section 14, a front section 16, Disadvantages are eliminated, with particular emphasis on the smaller diameter and one of the two simpler ones Handling, simple design, safe conical transition section connecting cuts and has stable operation and good efficiency placed 18. The protective housing 12 has a rear. 35 front opening 20, a front opening 22 and a
Diese Ziele werden nach der Erfindung bei einem Rinne oder Ringnut 24 (Fig. 3) an der Innenfläche inThese goals are achieved according to the invention in a channel or annular groove 24 (FIG. 3) on the inner surface in
Generator obengenannter Art dadurch erreicht, daß Nähe des vorderen Endes 23.Generator of the above type achieved in that the vicinity of the front end 23.
ein Endabschnitt des Rohres am Gasaustrittsende aus Das Schutzgehäuse 12 enthält eine Hochfrequenz-Metall besteht und an das auf Hochspannung lie- spule 30 aus Kupfer, die ein dielektrisches Gaszufuhrgende Ende der Induktionsspule gelegt ist, daß das 40 rohr 32, z. B. aus Kunststoff enthält, durch welches Rohr konzentrisch und elektrisch isoliert von einem Gas im allgemeinen unter Druck in einer einzigen metallischen Gehäuse umgeben ist, das mit dem an einen Pfeil 34 (Fig. 3) angezeigten Richtung bewegt Masse liegenden Ende der Induktionsspule verbun- bzw. geblasen wird. Es sei jedoch hervorgehoben, den ist, und daß die Gasentladung zwischen den daß die Spule 30 keine ionisierende Wirkung auf das beiden benachbarten Enden von Rohr und Gehäuse 45 Gas ausübt, das durch das Zufuhrrohr 32 strömt, auf Grund einer kapazitiven Kopplung zwischen die- Das Rohr 32 ist nur deshalb innerhalb der Spule und sen beiden Bauteilen stattfindet. konzentrisch mit dieser angeordnet, um einen ge-an end portion of the tube at the gas outlet end from the protective housing 12 contains a high-frequency metal and to the high-voltage coil 30 made of copper, which is a dielectric gas supply end The end of the induction coil is placed that the 40 tube 32, z. B. contains plastic through which Concentric and electrically isolated from a gas generally under pressure in a single tube metallic housing is surrounded, which moves with the direction indicated by an arrow 34 (Fig. 3) Ground end of the induction coil is connected or blown. It should be emphasized, however, den is, and that the gas discharge between the that the coil 30 has no ionizing effect on the both adjacent ends of the tube and housing 45 exerts gas flowing through the supply tube 32, Due to a capacitive coupling between the- The tube 32 is only therefore within the coil and sen both components takes place. arranged concentrically with this in order to
Die kapazitive Kopplung wird bei diesem Hoch- drungenen Aufbau und eine handliche Form des frequenz-Plasmastrahlgenerator somit durch räum- Plasmabrenners zu ermöglichen. Das Gaszufuhrrohr liehe Gestaltung der Hochspannungsseite erzielt, wo- 50 32 könnte ebensogut außerhalb der Spule 30 anbei die Frequenz nur durch die Induktivität am zwei- geordnet sein. Das Rohr 32 besteht aus einem Wärme ten Anschlußpunkt bestimmt ist, so daß eine höhere nicht leitenden Material.The capacitive coupling is used in this high-penetration structure and a handy form of the To enable frequency plasma jet generator by means of spatial plasma torch. The gas supply pipe Lent design of the high-voltage side achieved, where 50 32 could just as well outside the coil 30 attached the frequency can only be ordered in two by the inductance. The tube 32 consists of a heat th connection point is determined, so that a higher non-conductive material.
Spannung erzielt werden kann und die Stabilität er- Das Gaszufuhrrohr 32 tritt in das Innere desTension can be achieved and stability. The gas supply pipe 32 enters the interior of the
heblich verbessert und vom Plasma selbst unabhän- Schutzgehäuses 12 durch eine zentrale Bohrung 38Significantly improved and independent of the plasma itself, protective housing 12 through a central bore 38
gig ist. Der Plasmagenerator zündet bei geregelten 55 eines Pfropfens 40 ein, der aus einem geeigneten di-gig is. The plasma generator ignites at regulated 55 a plug 40, which is made of a suitable di-
Bedingungen selbst ohne Zuhilfenahme einer Hilfs- elektrischen Material besteht. Der umfängliche RandConditions exist even without the aid of an auxiliary electrical material. The extensive edge
elektrode und ist wegen der zwischen dem Hoch- des Pfropfens ist mit einer Nut 42 versehen, die derelectrode and is because of the between the high of the plug is provided with a groove 42, which the
spannungsteil und der Masse auftretenden Kapazität Aufnahme eines hitzebeständigen O-Ringes 44 zumvoltage part and the mass occurring capacity inclusion of a heat-resistant O-ring 44 for
im Wirkungsgrad verbessert. Zur Wirkungsgradver- Abdichten des Pfropfens gegenüber dem Gehäuseimproved in efficiency. For efficiency sealing of the plug against the housing
besserung trägt außerdem erheblich bei, daß die Wir- 60 dient, so daß dessen Inneres flüssigkeitsdicht ab-improvement also contributes significantly to the fact that the wire serves 60 so that its interior is liquid-tight.
belstromVerluste gering gehalten werden. Außerdem geschlossen ist, während es jedoch unter AnwendungBelstrom losses can be kept low. It is also closed while it is however using
braucht das Plasmagas im Gegensatz zu der bekann- einer hinreichend großen Kraft von Hand aus mög-In contrast to the well-known, the plasma gas needs a sufficiently large force possible by hand
ten Anordnung nicht durch das Hochfrequenzfeld lieh ist, das Schutzgehäuse 12 von den übrigen Be-th arrangement is not borrowed by the high-frequency field, the protective housing 12 from the other
hindurchgeführt zu werden. standteilen des Plasmabrenners 10 abzuziehen, wieto be passed through. components of the plasma torch 10 to be removed, such as
Durch die Ausbildung des vorderen Leitungsweges 65 dies in F i g. 2 gezeigt ist.Because of the formation of the front conduction path 65, this is shown in FIG. 2 is shown.
für das Plasmagas als konzentrisch im Gehäuse ver- Die Energie eines Hochfrequenzgenerators ist überfor the plasma gas as concentric in the housing. The energy of a high frequency generator is about
laufendes Rohr wird eine mathematisch klar erfaß- ein koaxiales Kabel 50 (Fig. I und 2) mit dem KopfRunning pipe becomes a mathematically clear grasping a coaxial cable 50 (Fig. I and 2) with the head
bare Kapazität gebildet, und es sind übersichtliche des Plasmabrenners, sowie mit einem koaxialenBare capacity is formed, and there are clear of the plasma torch, as well as with a coaxial
ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
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Erdungskabel 52 und einer zentralen Kabelführung quenten Hochspannung mit der vorderen Spitze derGrounding cable 52 and a central cable guide quenten high voltage with the front tip of the
54 gekoppelt (F i g. 2). Das Erdungskabel 52 ist sei- Elektrodenröhre trägt zur möglichen Erreichbarkeit54 coupled (Fig. 2). The grounding cable 52 is its electrode tube contributes to the possible accessibility
nerseits mit dem geerdeten hinteren Ende 56 der eines Leistungs-Wirkungsgrades bei Verwendung desOn the other hand with the grounded rear end 56 that of a power efficiency when using the
Spule 30 über eine Metallhülse 58 verbunden, die Plasmabrenners von 90 oder mehr Prozenten bei.
durch eine Bohrung 59 den Pfropfen 40 durchsetzt. 5 Unter Leistungswirkungsgrad ist das Verhältnis derCoil 30 connected via a metal sleeve 58, the plasma torch by 90 or more percent at.
The plug 40 passes through a bore 59. 5 Under power efficiency is the ratio of
Die Hülse 58 übermittelt auch den Ausfluß am durch die Plasmaabgabe an ein Werkstück abgegebe-Kühlmittel aus dem Inneren des Gehäuses in ein nen Leistung zu der durch den Hochfrequenzgenera-Abflußrohr 60, das z. B. aus Kunststoff hergestellt tor an den Tankkreis des Plasmabrenners 10 zusein kann. Der Kühlmittelausfluß strömt gewöhnlich geführten Leistung zu verstehen. Der Düsenkopf 90 in de/ durch einen Pfeil 62 (Fig. 3) gezeigten Rieh- io ist in der gezeigten Ausführungsform spanabhebend tung zu einem geeigneten Wärmetauscher (nicht ge- oder auf andere Weise bearbeitet, um einen flüssigzeigt). Die Metallhülse 58 ist mit dem geerdeten Ende keitsdichtcn Verschluß mit dem hitzebeständi.s-en 56 der Spule 30 über ein kurzes elektrisches Kabel 64 O-Ring 96 zu gewährleisten, sobald der innere Teil verbunden. des Plasmabrenners von Hand aus in seine normaleThe sleeve 58 also transmits the outflow from the coolant delivered by the plasma delivery to a workpiece from the interior of the housing in a power to the through the high frequency genera drain pipe 60, the z. B. made of plastic gate to the tank circuit of the plasma torch 10 can be. The coolant outflow is usually understood to be guided power. The nozzle head 90 in the direction shown by an arrow 62 (FIG. 3) is in the embodiment shown by machining to a suitable heat exchanger (not machined or otherwise processed to show a liquid). The metal sleeve 58 has a grounded end to ensure a tight seal with the heat-resistant element 56 of the coil 30 via a short electrical cable 64 O-ring 96 as soon as the inner part is connected. of the plasma torch to its normal position by hand
Ein elastischer Draht oder eine Feder 56 stellt eine 15 Montagestellung gebracht ist, in welcher er in demAn elastic wire or spring 56 provides a 15 mounting position in which it is in the
elektrische Verbindung des geerdeten Spulenendes im Gehäuse mit Preßsitz gehalten ist (F i g. 3). Die innereelectrical connection of the grounded coil end is held in the housing with a press fit (F i g. 3). The inner one
Bereich der Hülse 58 mit einer Stelle 68 des Gehäu- Abmessung und die Form einer Bohrung 92 desArea of the sleeve 58 with a point 68 of the housing Dimension and the shape of a bore 92 of the
ses 12 her. Kopfes 90 sowie die Länge und Gestalt der letzterenses 12 ago. Head 90 as well as the length and shape of the latter
Das zentral angeordnete Koaxialkabel 54 ist elek- werden vom Verwendungszweck bestimmt, für weltrisch direkt mit einer Zwischenwindung 70 bzw. 20 chen die Plasmawolke 108 vorgesehen ist, sowie vonThe centrally arranged coaxial cable 54 is electrically determined by the intended use, for world-wide the plasma cloud 108 is provided directly with an intermediate turn 70 or 20, as well as from
einer Anzapfung der Spule 30, wenige Windungen der gewünschten zu erzeugenden Leistung des Plas-a tap on the coil 30, a few turns of the desired power to be generated by the
vor deren geerdetem Ende über ein metallisches mas. Der Düsenkopf kann mit Preßsitz auf das vor-in front of their earthed end via a metallic mas. The nozzle head can be press fit onto the front
Kühlmittel-Ausflußrohr 72 und ein kurzes Kabel 74 dere Ende 94 der Elektrode 82 aufgesetzt oder aufCoolant outflow pipe 72 and a short cable 74 the end 94 of the electrode 82 placed or on
verbunden. andere Weise in der gewünschten Stellung befestigttied together. fixed in the desired position in another way
Jene Windung 70 der Spule, an welche das kurze 25 werden, z. B. mit Hilfe eines geeigneten Bindemittels. Kabel 74 angeschlossen ist, wird durch Versuche Eine Kühlflüssigkeit wird von einem Wärmeoder durch Berechnung bestimmt, so daß die Im- tauscher (nicht gezeigt) durch ein Kühlmittelzufuhrpedanz des Koaxialkabels 54 mit der der Spule über- rohr 73 und ein Kühlmittelleitrohr 72 in der durch einstimmt, um auf dem Koaxialkabel ein niedriges den Pfeil 71 gezeigten Richtung abgegeben. Das Leit-Stehwellenverhältnis, vorzugsweise in der Größen- 30 rohr 72 durchsetzt den Pfropfen 40 durch die Bohordnung von 1 bis 1,5 zu erhalten. Die Anzahl der rung 75. Das zugeführte Kühlmittel wird vorzugs-Spulenwicklungen, die Drahtstärke sowie der Durch- weise über eine Verbindungshülse 100 und ein Abmesser der Spule werden alle zur Herbeiführung einer gaberohr 102 durch dessen Öffnung 104 so abgewünschten Impedanz gewählt, gegeben, daß es direkt auf den Düsenkopf 90 auf-That turn 70 of the coil to which the short 25 will be, e.g. B. with the help of a suitable binder. Cable 74 is connected, is carried out by experiments determined by calculation so that the exchangers (not shown) are determined by a coolant supply impedance of the coaxial cable 54 with that of the coil over pipe 73 and a coolant pipe 72 in the through agrees to output a low direction shown by arrow 71 on the coaxial cable. The leading standing wave ratio, preferably in the size 30 tube 72 penetrates the plug 40 through the drilling arrangement from 1 to 1.5. The number of tion 75. The supplied coolant is preferential coil windings, the wire thickness and the opening via a connecting sleeve 100 and a meter of the coil are all so desired to bring about a feed tube 102 through its opening 104 Impedance selected, given that it is directly on the nozzle head 90
Das vordere Ende 80 der Spule ist an einer Stelle 35 trifft, wie dies durch den Pfeil 106 angezeigt ist. Ge-84 direkt mit einer metallischen Elektrodenröhre 82 gebcnenfalls kann jedoch die Hülse 100 und das Abverbunden. Der Durchmesser der Röhre 82 ist dem gaberohr 102 entfernt werden.The front end 80 of the spool is hit at a point 35, as indicated by arrow 106. Ge-84 However, the sleeve 100 and the disconnection can optionally be connected directly to a metallic electrode tube 82. The diameter of the tube 82 is the transfer tube 102 to be removed.
Innendurchmesser des Gaszufuhrrohres 32 angepaßt, Auf diese Weise gelangt das Kühlmittel zunächstThe inner diameter of the gas supply pipe 32 is adapted. In this way, the coolant first arrives
um einen guten Zusammenschluß der beiden Rohre mit dem Düsenkopf 90 in Berührung, in dessen Beim Endbereich 86 des Gaszufuhrrohres 32 zu ermög- 40 reich das Gas örtlich zu Plasma ionisiert wird. So-to a good union of the two tubes with the nozzle head 90 in contact, in the When End region 86 of the gas supply pipe 32 to enable the gas to be ionized locally to form plasma. So-
lichen. Ein Strom von Gas, das ionisiert werden soll, dann fließt das Kühlmittel in Berührung mit derlichen. A stream of gas that is to be ionized then flows into contact with the coolant
wird durch die zentrale Bohrung 88 der Elektroden- Innenfläche des Gehäuses 12 sowie der Außenflächeis through the central bore 88 of the electrode inner surface of the housing 12 and the outer surface
röhre 82 in eine im allgemeinen geschichteten Strö- der Elektrode 82, der Rohre 100 und 102 und destube 82 into a generally layered stream of electrode 82, tubes 100 and 102, and des
mung hindurchgeblasen. Gaszufuhrrohres 32 rückwärts, wobei die Induktions-blown through. Gas supply pipe 32 backwards, the induction
Die Spule bewirkt die Erzeugung einer hochfre- 45 spule 30 darin vollkommen eingetaucht ist.The coil causes the generation of a high frequency coil 30 in which it is completely immersed.
quenten Hochspannung, die bedeutend höher ist als Schließlich gelangt das Kühlmittel durch die Hülsequenten high voltage, which is significantly higher than Finally, the coolant passes through the sleeve
die Bezugspannung, welche zwischen dem hinteren 58 und das Ausflußrohr 60 zum Wärmetauscher zu-is the reference voltage applied between the rear 58 and the outlet pipe 60 to the heat exchanger.
Spulenende 56 und der Zwischenwindung 70 auftritt. rück.Coil end 56 and the intermediate turn 70 occurs. back.
Die durch die Spule erzeugte hochfrequente Span- Daher sind die Elektrodenröhre, der keramische nung wird vom vorderen Ende 80 der Spule direkt 5° Düsenkopf, die Hochfrequenzspule, das Gaszufuhrauf die Elektrodenröhre 82 über die Verbindungs- rohr, das Kühlmittelleitrohr und Abgaberohr sowie stelle 84 übertragen. die Hochfrequenzleitungen und -verbindungen undThe high-frequency chip generated by the coil is therefore the electrode tube, the ceramic one Voltage is drawn from the front end 80 of the coil directly at the 5 ° nozzle head, the high frequency coil, the gas supply the electrode tube 82 via the connecting tube, the coolant line tube and discharge tube as well position 84 transferred. the radio frequency lines and links, and
Das vordere Ende 94 der Elektrodenröhre ist mit das zylindrische Gehäuse gemeinsam durch das Kühl-The front end 94 of the electrode tube is shared with the cylindrical housing by the cooling
einem Düsenkopf 90 versehen, der aus einem hoch- mittel gekühlt.a nozzle head 90 is provided, which is cooled from a high-medium.
hitzebeständigen, dielektrischen Keramikmaterial, wie 55 Das Gehäuse 12, das durch das Kabel 66 auf der
z. B. Bornitrid oder Aluminiumoxyd besteht, das Bezugsspannung gehalten ist, ist über das Kühlmittel
gute Wärmeleit- und dielektrische Eigenschaften be- hinweg kapazitiv mit der Elektrodenröhre 82 gekopsitzt.
Der Düsenkopf 90 bildet einen engen Strö- pelt, wobei das Gehäuse als die eine und die Elekmungskanal
92. Eine solche Einschnürung dient a) trode als die andere Platte eines Kondensators wirkt.
zur Schaffung von Wirbelströmungen des Gases im 60 Die dadurch im Tankkreis hervorgerufene Kapazität
Bereich des vorderen Endes der Elektrode, an wel- wird von der gewählten Frequenz und dem indukchem
das Gas örtlich zu Plasma ionisiert wird, und tiven Widerstand des Plasmagenerators bestimmt,
b) zur Verhinderung einer Rückflußerscheinung und Die Abmessungen des Gehäuses und der Elektroden-Schlagzündung
in Gegenrichtung des Gasstromes. röhre, sowie des dazwischen befindlichen Luftspaltes
Die Elektrode82 soll aus einem Material wie z.B. 65 sind mitbestimmend für die Größe des kapazitiven
Kupfer hergestellt sein, das gute thermische und elek- Widerstandes,
trischo Leiteigenschaften besitzt. Nicht alle Kühlmittel sind zur Entwicklung derrefractory, dielectric ceramic material, such as 55. The housing 12, which is supported by the cable 66 on the e.g. B. boron nitride or aluminum oxide, the reference voltage is maintained, good thermal conduction and dielectric properties are capacitively coupled to the electrode tube 82 over the coolant. The nozzle head 90 forms a narrow stream, with the housing acting as one plate and the elec- trode channel 92. Such a constriction serves a) the electrode acts as the other plate of a capacitor. to create eddy currents of the gas in the area of the front end of the electrode, at which the gas is locally ionized to plasma by the selected frequency and the induction, and the tive resistance of the plasma generator, and the tive resistance of the plasma generator, b) for Prevention of a backflow phenomenon and the dimensions of the housing and the electrode impact ignition in the opposite direction of the gas flow. tube, as well as the air gap in between. The electrode82 should be made of a material such as 65, which helps determine the size of the capacitive copper, which has good thermal and electrical resistance,
trischo has conductive properties. Not all coolants are designed to develop the
Die direkte physikalische Kopplung der hochfre- erforderlichen Kapazität geeignet. Destilliertes Was-The direct physical coupling of the high-frequency capacity is suitable. Distilled water
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ser wäre verwendbar, wird jedoch nicht bevorzugt. Endes 94 der Elektrode. Dadurch wird das Gas teil-Vorzugsweise wird eine flüssige inerte Fluorverbin- weise ionisiert und die Abgabe einer Plasmawolke dung als Kühlmittel verwendet. Auch Freon ist als 108 spontan eingeleitet, ohne die Anwendung einer Kühlflüssigkeit geeignet. Die Kühlflüssigkeit muß Hilfseinrichtung für die Plasmabildung, so wie dies jedenfalls inert sein, eine niedrige dielektrische Kon- 5 bei bekannten Vorrichtungen erforderlich ist. Es mag stante, eine hohe Durchschlagsfestigkeit (d. h. Wider- vielleicht auf die scharfkantige Ausbildung des vorstand gegen Lichtbogenbildung, Funkenüberschlag deren Elektrodenendes zurückzuführen sein, daß die oder Kurzschluß), eine niedrige Viskosität und eine örtliche elektrische Umbildung von Gas zu Plasma gute Wärmeleitfähigkeit besitzen, um gleichzeitig zu vor sich geht.ser would be useful but is not preferred. End 94 of the electrode. This makes the gas partial-preferential a liquid, inert fluorine compound is ionized and a plasma cloud is released used as a coolant. Freon is also introduced spontaneously as 108 without the application of any Suitable for coolant. The cooling liquid must auxiliary equipment for plasma formation, such as this be inert in any case, a low dielectric Kon- 5 is required in known devices. Like it stante, high dielectric strength (i.e. contrary to the sharp-edged formation of the board against arcing, arcing, the electrode end of which can be attributed to the or short circuit), a low viscosity and a local electrical conversion from gas to plasma have good thermal conductivity to go on at the same time.
kühlen und die kapazitive Kopplung der Elektrode io Der Eintritt des Gases in den engen Kanal 92, wel-cool and the capacitive coupling of the electrode io The entry of the gas into the narrow channel 92, wel-
mit dem Gehäuse zu ermöglichen und einen Funken- eher den Gasstrom reduziert, bewirkt eine Ver-with the housing and a spark rather reduces the gas flow, causes a
überschlag zu verhindern. mischung oder Durchwirbelung des Gases in Näheto prevent rollover. Mixing or turbulence of the gas in the vicinity
Im Betrieb fließt die Kühlflüssigkeit der Reihe des Bereiches der Gasionisation. Gleichzeitig verhin-During operation, the cooling liquid flows in the series of the gas ionization area. At the same time
nach durch die zuführenden Rohre 73,72,100,102, dert der enge Kanal 92 einen Rückfluß von Plasmaafter passing through the supply pipes 73,72,100,102, the narrow channel 92 prevents a reflux of plasma
um den keramischen Düsenkopf 90 und längs der 15 gegen die Gasströmung bzw. dessen Rückschlagzün-around the ceramic nozzle head 90 and along the 15 against the gas flow or its non-return ignition
metallischen Elektrode 82 zurück, rings um die ein- dung.metallic electrode 82, around the entrance.
getauchte Induktionsspule 30 und durch die abfüh- Wenn das Plasma ein niedriges Ionisationspoten-immersed induction coil 30 and through the sensing If the plasma has a low ionization potential
renden Rohre58 und 60. Gas wird unter Druck in tial besitzt, wie z.B. Argon, wird die PlasmawolkeGenerating pipes 58 and 60. Gas is possessed under pressure in tial, such as argon, becomes the plasma cloud
das Gaszufuhrrohr 32 geblasen, so wie dies durch 108 sehr geringe Wärme aufweisen, da sie mittelsthe gas supply pipe 32 is blown as this by 108 have very little heat as it means
den Pfeil 34 angezeigt ist und strömt durch die zen- 20 einer hochfrequenten Hochspannung gebildet ist undthe arrow 34 is indicated and flows through the zen- 20 a high frequency high voltage is formed and
trale Bohrung 88 der Elektrodenröhre 82 und aus es fließt in dem Plasma, wenn überhaupt nur eincentral bore 88 of the electrode tube 82 and out it flows into the plasma, if only one
dieser durch die Bohrung 92 des Düsenkopfes 90 in geringer Hochfrequenzstrom. Sobald dieses schwachthis through the bore 92 of the nozzle head 90 in low high-frequency current. Once this weak
die freie Atmosphäre. ionisierte Plasma jedoch mit einem Material in Be-the free atmosphere. ionized plasma but with a material in contact
Die von dem Hochfrequenzgenerator vorzugsweise rührung gebracht wird, das mäßige Leiteigenschaften in einem Bereich von 10 bis 100 MHz erzeugte Ener- 25 besitzt, wird ein hochfrequenter Strom vom Ende 94 gie ist über das Koaxkabel 50 in der oben beschrie- der Elektrode 82 durch das Plasma hindurch zu dem benen Weise mit dem entsprechend auf Parallel- leitenden Material fließen. Dieser Zustand ist unter resonanz eingestellten Tankkreis gekoppelt, der ein einer Kopplung des Plasmas mit einem Leiter zu verhohes InduktivitUts-Kapazitäts-Verhältnis besitzt. Der stehen.Which is preferably moved by the high-frequency generator, the moderate conductivity properties Energy generated in a range from 10 to 100 MHz has a high-frequency current from the end 94 Energy is via the coaxial cable 50 in the above-described electrode 82 through the plasma to the flow in the same way with the corresponding parallel conductive material. This condition is under resonance-adjusted tank circuit coupled to prevent coupling of the plasma with a conductor Has inductance-capacitance ratio. The stand.
Tankkreis besteht aus der Spule 80, der Elektrode 82 30 Für den Betrieb des Plasmabrenners und zur Er- und dem Metallgehäuse 12. Der Plasmagenerator möglichung der Plasmakopplung mit einem geeignemuß so eingestellt sein, daß sich ein Stehwellenver- ten Werkstück oder mit Luft ist keine besondere Einhältnis auf dem Koax-Verbindungskabel ausbildet, stellung des Brenners erforderlich und jedes beliebige das nicht größer ist als 3 zu 1, vorzugsweise jedoch Edelgas oder Gas oder eine Mischung derselben kann 1,5 zu 1, wobei unter Stehwellenverhältnis das Maß 35 ohne strukturelle Veränderung des Brenners oder der Unausgeglichenheit zwischen der Belastung und Austausch von Teilen desselben verwendet werden, der Übertragungsleitung zu verstehen ist. Der induk- Der Wechsel von einem Gas zu einem anderen kann tive Widerstand soll für eine bestimmte ausgewählte ohne Auslöschen des Brenners und ohne Verlust des Frequenz so hoch wie möglich bemessen sein (zu- Wirkungsgrades durchgeführt werden. Der Fluß des mindest um 1000), damit eine hochfrequente Hoch- 40 Hochfrequenzstromes durch die bestehende Plasmaspannung an dem »heißen« oder nicht an der Be- wolke 100 bewirkt eine Erwärmung des Plasmas, bis zugsspannung liegenden Ende 80 der Spule 30 er- es eine beinahe hundertprozentige Ionisierung mit zeugt werden kann. Sobald die Hochfrequenzenergie einem Widerstand von etwa 0,01 Ohm pro Zentibei Resonanzfrequenz des Plasmagenerators über das meter erreicht, welcher Wert bei Verwendung von Koaxkabel auf die Spule 30 einwirkt, werden Schwül- 45 Argon als Plasmagas nur wenig höher als der von gungen im Tankkreis erzeugt. Graphit ist. Im allgemeinen kann man sagen, daß dieThe tank circuit consists of the coil 80, the electrode 82 30 For operating the plasma torch and for and the metal housing 12. The plasma generator enables the plasma coupling with a suitable must be set so that a standing wave converts workpiece or with air is no special relationship on the coax connection cable, position of the burner required and any which is no greater than 3 to 1, but preferably noble gas or gas or a mixture thereof 1.5 to 1, whereby under the standing wave ratio the dimension 35 without structural change of the burner or the imbalance between the load and replacement of parts of the same are used, the transmission line is to be understood. The induc- The change from one gas to another can tive resistance is intended to be selected for a given without extinguishing the burner and without losing the Frequency should be dimensioned as high as possible (to be carried out- efficiency. The flow of the at least around 1000), so that a high-frequency high-frequency current through the existing plasma voltage on the "hot" or not on the cloud 100 causes the plasma to be heated until The end 80 of the coil 30 which is under tension, there is an almost one hundred percent ionization can be procreated. Once the radio frequency energy has a resistance of about 0.01 ohms per centibei The resonance frequency of the plasma generator reached via the meter, which value when using Coax cable acts on the coil 30, are sultry 45 argon as a plasma gas only slightly higher than that of generated in the tank circuit. Graphite is. In general one can say that the
Die Spule 30 entwickelt im Tankkreis eine Induk- übertragene Wärmemenge in dem gleichen Maß an-The coil 30 develops in the tank circuit an inductive amount of heat transferred to the same extent as
tivität und zwischen der Elektrode 82 und dem Ge- steigt wie die aufgewendete Leistung,activity and between the electrode 82 and the rise as the power expended,
häuse 12 entsteht eine Kapazität mit einer zusatz- Es ist auch möglich die vom Plasmabrenner ab-housing 12 creates a capacity with an additional - It is also possible to use the plasma torch
lichen Kapazität zwischen der Spule 30 und dem Ge- 50 gegebene Plasmawolke direkt mit der atmosphäri-capacity between the coil 30 and the Ge 50 given plasma cloud directly with the atmospheric
häuse 12. Bei einem Wert des Verhältnisses der In- sehen Luft zu koppeln, und gegebenenfalls danachhousing 12. At a value of the ratio of the in- see air to couple, and if necessary afterwards
duktivität zur Kapazität der einem kleinsten Re- mit einem Nichtleiter. Bei erhöhter Leistung steigertductivity to the capacitance of a smallest conductor with a dielectric. Increases with increased performance
aktanzwert von 1000 Ohm bei einer gewählten Be- sich auch die Neigung der abgegebenen PlasmawolkeActance value of 1000 ohms with a selected value also the inclination of the released plasma cloud
triebsfrequenz im Plasmabrenner entspricht, wird mit Luft zu koppeln. Langsame Gasströme, die eindrive frequency in the plasma torch is to be coupled with air. Slow gas flows that a
zwischen der Elektrode 82 und dem Gehäuse 12 eine 55 kleineres Strömungsvolumen je Zeiteinheit besitzen,have a 55 smaller flow volume per unit of time between the electrode 82 and the housing 12,
hochfrequente Hochspannung erzeugt. erhöhen diese Koppelungsbereitschaft der Plasma-high frequency high voltage generated. increase this willingness to couple the plasma
Die hochfrequente Hochspannung am vorderen wolke mit der Luft. Die Gründe für diese Erschei-The high frequency high voltage on the front cloud with the air. The reasons for this phenomenon
Ende der Spule ist um ein Vielfaches höher, als der nung sind bis zu diesem Zeitpunkt noch nicht be-The end of the coil is many times higher than the voltage.
Wert der Bezugsspannung in der Spule zwischen den kannt.Value of the reference voltage in the coil between the kannt.
Verbindungsstellen 56 und 70. Der durch das dielek- 60 Die Kopplung des abgegebenen Plasmas mit Nicht-Connection points 56 and 70. The connection through the dielectric 60 The coupling of the released plasma with non-
trische Rohr 32 fließende Gasstrom wird von der leitern erfordert, daß die Plasmawolke zunächst ther-tric pipe 32 flowing gas flow is required by the conductors that the plasma cloud first ther-
Induktionsspule 30 nicht ionisiert. Der Gasstrom misch mit der Luft gekoppelt wird, die ihrerseits mitInduction coil 30 not ionized. The gas flow mixes with the air, which in turn is coupled with
durch das Rohr 32 und durch die Elektrodenröhre 88 Nichtleitern koppelbar ist.through the tube 32 and through the electrode tube 88 dielectric can be coupled.
fließt im wesentlichen laminar bis er den Düsenkopf Durch geeignete Einstellung der Durchflußmenge 90 erreicht. Die Hochfrequenzenergie, die vom vor- 65 an Plasmagas sowie der Größe der hochfrequenten deren Ende der Spule kommend direkt an die Elek- Spannung, die direkt an die Elektrodenröhre 82 abtrode gekoppelt ist, bewirkt eine örtliche hochfre- gegeben wird, können sowohl Edelgase als auch gequente Erregung des Gases im Bereich des vorderen wohnliche Gase mit Hilfe des gleichen Plasmabren-flows essentially laminar until it reaches the nozzle head by setting the flow rate appropriately 90 reached. The high frequency energy produced by the plasma gas as well as the size of the high frequency whose end of the coil comes directly to the elec- trode voltage, which abtrode directly to the electrode tube 82 is coupled, causes a local high frequency is, both noble gases and quente Excitation of the gas in the area of the front homely gases with the help of the same plasma torch
ners ionisiert werden, um beim Koppeln mit einem keramischen Materials zwischen der Innenfläche des Leiter oder mit der umgebenden Luft bzw. durch die Gehäuses 12 und der im Abstand davon angeordne-ners are ionized in order to interfere with a ceramic material between the inner surface of the Head or with the surrounding air or through the housing 12 and the spaced-apart
Luft mit einem Nichtleiter einen hohen Wirkungs- ten Elektrode 154 sowie der Spule 134 ist erstaunlichAir with a dielectric high efficiency electrode 154 and coil 134 is amazing
grad zu erzielen. wirksam, insbesondere bei Frequenzen im Bereichdegree to achieve. effective, especially at frequencies in the range
Der Plasmabrenner 10 gemäß F i g. 4 weist ein im 5 von 30 MHz oder mehr.The plasma torch 10 according to FIG. 4 indicates an im 5 of 30 MHz or more.
wesentlichen zylindrisches, leitendes Schutzgehäuse Energie ist aus einem Hochfrequenzgenerator über 12 auf, das in einstückiger Ausführung einen rück- ein koaxiales geerdetes Kabel 158 und ein weiteres wärtigen Abschnitt 14, einen konischen Übergangs- Kabel 160 entnommen. Das geerdete Kabel 158 ist abschnitt 18 und einen vorderen Abschnitt 16 klei- seinerseits an der Verbindungsstelle 159 leitend mit neren Durchmessers als der rückwärtige Abschnitt 14 io dem Gehäuse 12 und mit dem geerdeten Ende 162 besitzt. Das Gehäuse 12 weist eine mit Innengewinde der Spule 134 verbunden. Das Kabel 160 ist an der versehene rückwärtige Öffnung 20 und eine vordere Anzapfung 163 mit einer Zwischenwindung 164 in Öffnung 22 in Nähe des vorderen Gehäuseendes 23 zufriedenstellender Weise verbunden, welche Winauf. dung als die vorletzte vor dem geerdeten Spulenende Das Gehäuse umgibt in einem Abstand eine hönle 15 veranschaulicht ist. Die genaue Position der Verbin-Hochfrequenzspule 134 sowie eine hohle Hochfre- dungsstelle des Kabels 160 mit der Spule 134 hängt quenzelektrode, welche Teile vorzugsweise einstückig weitgehend von der Impedanz des Koaxkabels aus Messing hergestellt sind. Das Innere der Spule 140 ab.essential cylindrical, conductive protective housing energy is from a high frequency generator via 12, the one-piece design a back a coaxial grounded cable 158 and another wärtigen section 14, a conical transition cable 160 taken. The grounded cable 158 is section 18 and a front section 16 are in turn conductive at the connection point 159 smaller diameter than the rear portion 14 io the housing 12 and with the grounded end 162 owns. The housing 12 has a thread connected to the internal thread of the spool 134. The cable 160 is at the provided rear opening 20 and a front tap 163 with an intermediate turn 164 in Opening 22 in the vicinity of the front housing end 23 is satisfactorily connected, which Winauf. as the penultimate before the earthed coil end. The housing surrounds a hollow 15 at a distance. The exact position of the connec radio frequency coil 134 and a hollow high frequency point of the cable 160 with the coil 134 hangs sequence electrode, which parts are preferably made in one piece largely from the impedance of the coaxial cable are made of brass. The inside of the coil 140 off.
134 sowie der Elektrode 154 ist mit dem Inneren des Die beschriebene Schaltung bildet einen Tank-Plasmagas-Zufuhrrohres 138 verbunden, das mit 20 kreis, der aus der Spule 34, der Elektrode 154 und einem Koaxkabel 140 zu einem Stück vereint ist. Ein- dem Metallgehäuse 12 zusammengesetzt ist. Die Inströmendes Gas, das in der durch einen Pfeil 142 an- duktivität des Tankkreises entsteht vor allem durch gezeigten Richtung fließt, gelangt durch das Zufuhr- die Spule 134 und insbesondere durch die Elektrode rohr 138 in das Innere der im Bereich des Eintritts- 154, die über ein Messingrohr zu einem Stück verendes 136 mit dem Rohr 138 dicht verbundenen 23 bunden sind und sich im wesentlichen über die geSpule 134. Es sei hervorgehoben, daß die Spule 134 samte Länge des Gehäuses erstrecken. Die Kapazität das durchströmende Gas nicht ionisiert und zu des Tankkreises wird hauptsächlich zwischen der Plasma umformt, obwohl angenommen werden kann, Elektrode 154 und dem Metallgehäuse 12 gebildet, daß die Ionisierung des Gases das einer Spannung obgleich ein Teil der Kapazität auch zwischen der ausgesetzt ist, deren Größe in der Strömungsrichtung 30 Spule 134 und dem Metallgehäuse 12 auftritt, zunimmt ohne Ionisierung zu Plasma, die nur im Be- Das vordere Ende 157 der Elektrode 154 steht mit reich des Düsenkopfes am Ausflußende des Brenners einem engen Durchlaß 170 des Düsenkopfes 156 in 10 erfolgt, bis zu einem gewissen Grad eingeleitet Verbindung, der von Hand aus in die vordere Öffwird. nung 130 des Gehäuses 12 hineingedrückt ist. Daher Das Koaxkabel 140 ist in das Innere des Gehäuses 35 kann der Düsenkopf 156 von Hand aus entfernt und 12 durch eine zentral angeordnete Öffnung 144 eines durch einen andersartig gestalteten Düsenkopf ersetzt das rückwärtige Ende 20 des Gehäuses 12 verschlie- werden, um Plasma verschiedener Art und mit verßenden, in dieses einschraubbaren Gewindepfropfens schiedenen Eigenschaften herzustellen. Der vordere eingeführt. Die gegen das Gehäuseinnere gerichtete Endabschnitt der Elektrode 154 paßt sehr genau in vordere Fläche 147 des Pfropfens 146 drückt gegen 40 eine rückwärts gerichtete Bohrung 172 des Düseneine ringförmige Scheibe 148 aus elastomerem Ma- kopfes 156. Ein hochhitzebeständiger O-Ring 174, terial. der in einer Ringnut 176 des Düsenkopfes 156 ange-Die vordere Fläche 149 der Scheibe 148 liegt unter ordnet ist, hält den letzteren in seiner Gebrauchslage Druck an der rückwärtigen Kante 152 eines Keramik- fest, gestattet jedoch dessen Entfernen von Hand aus. körpers 150 an, der der inneren Wand des Gehäuses 45 Der enge Gasdurchlaß 170 für den Gasstrom bileng angepaßt und darin durch den Druck der Scheibe det eine Einschnürung desselben, die dazu dient, um 148 festgehalten ist. Die Spule 134 und die einstückig 1. Durchwirbelungen des Gases im Bereich des vormit dieser hergestellte Elektrode 154 sind in dem Ke- deren Endes 157 der Elektrode 154 zu erzeugen, an ramikkörper 150 dauerhaft eingebettet. Wenn ge- welcher Stelle allein die Ionisierung des Gases zu wünscht, kann der Keramikkörper 150 samt der 50 Plasma vor sich geht und die Spule 134 eine hoch-Spule 134 und der Elektrode 154 durch die rück- frequente Hochspannung erzeugt hat, die bedeutend wärtige Öffnung 20 des Gehäuses 12 herausgezogen größer als die Bezugsspannung am rückwärtigen werden. Ein bevorzugtes Keramikmaterial ist Bor- Ende der Spule 134 ist, und 2. um eine Rückschlagnitrid, obwohl gleichwertige Keramikstoffe mit ahn- zündung gegen die Richtung der Gasströmung zu lieh hoher Durchschlagswiderstandsfähigkeit gegen- 55 verhindern.134 and the electrode 154 is connected to the interior of the circuit described forms a tank plasma gas supply pipe 138 connected, the circuit with 20, which is combined from the coil 34, the electrode 154 and a coaxial cable 140 into one piece. A metal housing 12 is assembled. The pouring Gas that arises in the inductivity of the tank circuit indicated by an arrow 142 primarily through flows in the direction shown, passes through the supply coil 134 and in particular through the electrode tube 138 into the interior of the in the area of the inlet 154, which ends in one piece via a brass tube 136 are tightly connected to the tube 138 and are essentially connected via the coil 134. It should be emphasized that the coil 134 extend the entire length of the housing. The capacity the gas flowing through is not ionized and to the tank circuit is mainly between the Plasma reshapes, although it can be assumed, electrode 154 and metal housing 12 are formed that the ionization of the gas that of a voltage although a part of the capacity also between that exposed, the size of which occurs in the flow direction 30 coil 134 and the metal housing 12, increases without ionization to form plasma, which only in the loading The front end 157 of the electrode 154 stands with area of the nozzle head at the outlet end of the burner a narrow passage 170 of the nozzle head 156 in 10 takes place, to a certain extent initiated connection, which is done by hand in the front opening. voltage 130 of the housing 12 is pressed. Therefore, the coaxial cable 140 is in the interior of the housing 35 and the nozzle head 156 can be removed by hand 12 is replaced by a centrally arranged opening 144 of a nozzle head of a different design the rear end 20 of the housing 12 to be closed to plasma of various types and with Verßenden, to produce different properties in this screw-in threaded plug. The front one introduced. The end section of the electrode 154 directed towards the interior of the housing fits very precisely into Front surface 147 of plug 146 presses against 40 a rearwardly directed bore 172 of the nozzle annular disc 148 made of elastomeric head 156. A highly heat-resistant O-ring 174, material. which is arranged in an annular groove 176 of the nozzle head 156. The front surface 149 of the disc 148 is located below and holds the latter in its position of use Pressure on the rear edge 152 of a ceramic solid, but allows its removal by hand. body 150 to the inner wall of the housing 45 The narrow gas passage 170 for the gas flow bileng adapted and therein by the pressure of the disc det a constriction of the same, which serves to 148 is recorded. The coil 134 and the integral 1. vortexing of the gas in the area of the vormit The electrode 154 produced in this way is to be produced in the keg end 157 of the electrode 154 Ceramic body 150 permanently embedded. If at which point is the ionization of the gas alone If desired, the ceramic body 150 including the 50 plasma going on and the coil 134 a high-coil 134 and the electrode 154 generated by the back-frequency high voltage that significantly wärtige opening 20 of the housing 12 pulled out greater than the reference voltage at the rear will. A preferred ceramic material is boron- the end of the coil 134 is, and 2. a flashback nitride, although equivalent ceramics with premature ignition against the direction of the gas flow too borrowed high dielectric strength against 55 prevent.
über hochfrequenten Spannungen verwendet werden Während des Betriebes wird Gas unter DruckBe used over high-frequency voltages During operation, gas is under pressure
können. durch die Einlaßöffnung 136 in das Innere der Spulecan. through inlet port 136 into the interior of the spool
Es wurde gefunden, daß die Verwendung von Ke- 134 und der Elektrode 154 geblasen, wie das durchIt has been found that the use of Ke-134 and the electrode 154 blown like that through
ramikmaterial nicht immer notwendig ist und daß der einen Pfeil 142 angedeutet ist. Der Gasstrom ist vor-Ramikmaterial is not always necessary and that one arrow 142 is indicated. The gas flow is
Betrieb ohne dieses Material in manchen Fällen noch 60 zugsweise im wesentlichen laminar. Das PlasmagasOperation without this material is in some cases still preferably essentially laminar. The plasma gas
verbessert werden kann. Es ist beobachtet worden, weist beim Eintritt in die Spule das Bezugspotentialcan be improved. It has been observed that when entering the coil, the reference potential has
daß Keramikmaterial unter bestimmten Bedingungen auf und wird erst bei einer Hochspannung ionisiert,that ceramic material under certain conditions and is only ionized at a high voltage,
Leistung absorbiert und daher bei gewissen Betriebs- d. h. zu Plasma umgeformt, die am vorderen EndePower absorbed and therefore with certain operating d. H. reshaped to plasma that is at the front end
frequenzen als dielektrischer Körper ungeeignet ist. 157 der Elektrode 154 auftritt, obgleich eine gewisse Umgekehrt hat sich die Verwendung von kerami- 65 geringe Ionisierung des Gases wahrscheinlich schonfrequencies is unsuitable as a dielectric body. 157 of the electrode 154 occurs, although some Conversely, the use of ceramic 65 low ionization of the gas has probably already been
schem Material bei relativ niedrigen Frequenzen gut vorher im Verlauf seines Durchganges durch dieShem material at relatively low frequencies well beforehand in the course of its passage through the
bewährt. Spule und die Elektrode auftritt.proven. Coil and the electrode occurs.
Die Anwendung eines Luftspaltes an Stelle des Energie aus dem Hochfrequenzgenerator ist durchThe application of an air gap in place of the energy from the high frequency generator is due
das Koaxkabel 140 in der beschriebenen Weise in den Tankkreis eingekoppelt, der aus der Spule 134, der Elektrode 154 und dem Metallgehäuse 12 besteht.the coaxial cable 140 coupled in the manner described in the tank circuit, which consists 154 and the metal case 12 from the coil 134 of the electrode.
Die hochgespannte Hochfrequenzenergie, die direkt mit der Elektrode gekoppelt ist, bewirkt, wie gesagt eine örtliche hochfrequente Erregung bzw. Ionisierung des Plasmagases nur im Bereich des vorderen Endes 157 der Elektrode. Daher wird das Gas zunächst teilweise ionisiert bis eine plötzliche Abgabe der Plasmawolke 108 einsetzt, ohne die Verwendung von die Plasmaabgabe einleitenden Hilfseinrichtungen. Die Durchflußmenge des Gases und die durch die Elektrode 154 zugeführte Energie kann zur Erzeugung eines vollständig ionisierten Plasmas mit einem geeigneten Werkstück oder mit Luft gekoppelt werden. Ein beliebiges Edelgas oder auch gewöhnliches Gas oder eine Mischung derselben, kann in der oben beschriebenen Weise verwendet werden. Grundsätzlich ist die Erscheinung der Plasmabildung ähnlich wie bereits im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.The high-tension high-frequency energy, which is directly coupled to the electrode, causes, as mentioned, a local high-frequency excitation or ionization of the plasma gas only in the area of the front end 157 of the electrode. The gas is therefore initially partially ionized until a sudden release of the plasma cloud 108 sets in, without the use of auxiliary devices which initiate the plasma release. The flow rate of gas and the energy supplied by electrode 154 can be coupled to a suitable workpiece or to air to produce a fully ionized plasma. Any noble gas or ordinary gas or a mixture thereof can be used in the manner described above. In principle, the appearance of the plasma formation is similar to that already described in connection with the first embodiment of the invention.
Die in der Hochfrequenzspule 134 und/oder der Elektrode 154 erzeugte Wärme wird durch den Strom des Plasmagases bei seinem Fluß zum Düsenkopf 156 abgeführt.The heat generated in the high frequency coil 134 and / or the electrode 154 is carried away by the flow of the plasma gas as it flows to the nozzle head 156.
Die am Ende 157 der Elektrode erzeugte Wärme wird in den Düsenkopf 156 und den Keramikkörper 150 und schließlich in das Gehäuse 121 abgeleitet, soweit sie nicht schon vorher von dem Keramikkörper oder dem Kopf an die Umgebung abgegeben wurde. Falls zwischen dem Gehäuse 121 und der mit der Spule 134 vereinten Elektrode 154 nur ein Luftspalt besteht, wird die am vorderen Ende 157 der Elektrode erzeugte Wärme in den Düsenkopf geleitet und von diesem an die Luft der Umgebung und zum Teil an das ihn einschließende Gehäuse 121 abgegeben. The heat generated at the end 157 of the electrode is dissipated into the nozzle head 156 and the ceramic body 150 and finally into the housing 121 , unless it has already been released into the environment by the ceramic body or the head. If there is only an air gap between the housing 121 and the electrode 154 combined with the coil 134 , the heat generated at the front end 157 of the electrode is conducted into the nozzle head and from there to the surrounding air and partly to the housing 121 enclosing it submitted.
Die Ausführungsform nach F i g. 4 weist den Vorteil auf, daß keine Kühlflüssigkeit erforderlich ist. Dadurch ist größere Verläßlichkeit gegeben und die Anzahl der erforderlichen Bestandteile ist verringert, da keine Pumpe, kein Wärmetauscher, keine Verbindungsrohre zur Leitung der Kühlflüssigkeit und keine flüssigkeitsdichten O-Ringe als Abdichtung an den vorderen und an der rückwärtigen Öffnung des Gehäuses 12 vorhanden sind. Der Plasmabrenner 10 nach Fig.4 ist gewöhnlich für chirurgische Zwecke besser geeignet als der Brenner 10 nach den Fig. 1 bis 3, da er kleiner, leichter und handlich ist, als der letztere und die Gefahr der Ablagerung von Kühlflüssigkeit in offene Wunden nicht besteht und da die Möglichkeit des Austausches des Düsenkopfes zur Erzeugung der gewünschten Form einer Plasmawolke gegeben ist, ohne daß Kühlflüssigkeit verschüttet wird. Der Wirkungsgrad des luftgekühlten Brenners 10 ist etwas besser als der des flüssigkeitsgekühlten Brenners 10, da infolge der geringeren Leistungsverluste durch das die Elektrode umgebende Material der Energiebedarf des ersteren merklich geringer ist. Die erforderliche Leistung kann im Bereich von etwa 100 Watt oder auch darunter liegen.The embodiment according to FIG. 4 has the advantage that no cooling liquid is required. This gives greater reliability and reduces the number of components required, as there are no pumps, no heat exchangers, no connecting pipes for conducting the cooling liquid and no liquid-tight O-rings to seal the front and rear openings of the housing 12 . The plasma torch 10 according to FIG. 4 is usually more suitable for surgical purposes than the torch 10 according to FIGS. 1 to 3, since it is smaller, lighter and more manageable than the latter and there is no risk of cooling liquid being deposited in open wounds and since it is possible to exchange the nozzle head to produce the desired shape of a plasma cloud without the cooling liquid being spilled. The efficiency of the air-cooled burner 10 is somewhat better than that of the liquid-cooled burner 10, since the energy requirement of the former is noticeably lower as a result of the lower power losses due to the material surrounding the electrode. The required power can be in the range of about 100 watts or less.
Es sei hervorgehoben, daß die Verwendung einer Kühlflüssigkeit für Hochleistungsbrenner mit Leistungen von 200 Watt und darüber für notwendigIt should be emphasized that the use of a cooling liquid for high-performance burners with performances of 200 watts and above is necessary
erachtet wird. , 6gis considered. , 6g
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