DE3202465A1 - Plasmabrenner - Google Patents

Description

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Plasmabrenner

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lichtbogenbrenner mit dem eine Strömung aus Plasmagas durch einen Ringspalt zwischen Kathoden- und Anodenelementen geführt wird und derart wirksam / ist, daß der elektrische Lichtbogen in Abströmrichtung und / nach außerhalb des Brenners transferiert wird. Bestehende Brenner dieser Art sind für die Durchführung einer Vielzahl von Aufgaben bestimmt, und wenn der Brenner zur Auftragung von Pulvern ausgebildet ist, bspw. für die Auftragung bzw. den Niederschlag von Metall- oder Keramikpulvern auf eine Oberfläche oder ein Werkstück bestimmt ist, müssen praktisch vier unabhängige Fluidströme für ganz bestimmte Aufgaben vorgesehen werden. Diese unabhängigen (a) Ströme können ein Kühlmittel umfassen, das durch einen Wärmetauscher geleitet werden muß, (b) eine Plasmagaszufuhr, (c) eine Trägergaszufuhr, die das Pulver transportiert und (d) eine Schutzgasströmung, die wirksam den Bereich des Lichtbogens und des Pulvertransportes zwischen dem Brenner und einem Werkstück abschirmen muß. Bekannte Brenner dieser Art, die eine solche unabhängige Strömungsführung aufweisen, sind in ihrer Konstruktion sehr komplex ausgebildet und verursachen beträchtliche Schwierigkeiten bezüglich der Aufrechterhaltung der Betriebsfähigkeit und/oder der Reparatur

- Io eines solchen Brenners.

Der Erfindung liegt demgemäß, die Aufgabe zugrunde, für den genannten Zweck eine verbesserte Brennerkonstruktion zu schaffen. In spezieller Weiterbildung eines solchen Brenners soll dieser so beschaffen sein, daß all die obengenannten unabhängigen Ströme in einfacher Weise und wirksam untergebracht sind und wobei zusätzlich noch eine einzige und lösbare Klemme sofort die abströmseitigen Teile zugänglich macht, falls eine Auswechslung oder Inspektion während eines Bearbeitungsablaufes notwendig werden sollte.

Eine andere spezielle Aufgabe besteht darin, den Brenner derart

da/b
zu verbessern ,v keine Störunginder Strömungsverbindungen auftreten können, die den Betrieb des Brenners behindern.

Ferner soll der Brenner derart ausgebildet sein, daß er aus austauschbaren Komponenten besteht, die unabhängig und einfach voneinander trennbar sind, wenn erst einmal das Klemmelement entfernt ist. Weiterhin soll mit dem erfindungsgemäßen Brenner mittels des Klemmelementes der Spalt für die Schutzgaszuführung in Anpassung an die jeweiligen Arbeitserfordernisse ausgewählt anpaßbar sein.

Schließlich soll der Brenner grundsätzlich einfach und mit

relativ niedrigen Kosten herstellbar sein bei Gewährleistung einer entsprechenden elektrischen Isolation bezüglich der erforderlichen elektrischen Spannung für die Elektroden des Brenners. Diese Aufgabe und Weiterbildungszielsetzungen werden mit einem Brenner durch das im Kennzeichen des Hauptanspruches und der Unteransprüche Erfaßte gelöst.

Nach der Erfindung ist demgemäß vorgesehen eine ringförmige Anodeneinheit und eine zentrale Kathodeneinheit, die beide zueinander lösbar und innerhalb in einer Trägereinheit derart sitzen, daß ein einziges lösbares Klemmelement, das einen Teil der Trägereinheit bildet, alle anderen Einheiten in ihrer notwendigen Zuordnung zusammenhält, wobei die Teile nicht nur zur Stromzuführung zu den Elektronen, sondern auch für die Leitung der vier unabhängigen Ströme dienen sollen. Die Zu- und Abfuhr des Kühlmittels, ebenso die unabhängigen Ströme des Plasmagases, des Pulverträgergases und des Schutzgases werden alle durch Öffnungen in der Basis des Brenners bewirkt und das lösbare Klemmelement hat

1 · eine einstellbare Schraubverbindung zur Basis und

2. ein konvergierendes, kreisförmiges Abströmende,mit dem Preßhaltekräfte auf die Anoden- und Kathodeneinheiten gegen die Trägereinheit ausgeübt werden können. Die Haltekraft ist hintereinander wirksam auf eine Mehrzahl von Komponenten von '

/ Elektrodeneinheiten, um diese Komponenten bezüglich ihrer

Halterung in einer Elektrodeneinheit sicherzustellen und ebenso

die Halterung der Elektrodeneinheiten zueinander und zur Trägereinheit.

In der nachfolgend beschriebenen speziellen Ausführungsform ermöglichen drei winklich distanzierte Distanzelemente aus elektrisch isolierendem Material die Aufbringung der Haltekräfte und ferner eine ausgewählte Bestimmung des wirksamen Bereiches des Ringspaltes für die Ausdüsung des Schutzgases.

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Der erfindungsgemäße Brenner wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Plasmabrenner;

Fig. 2 einen Schnitt längs Linie 2.-2 gemäß Fig. 1 und

Fig. 3-5 Schnitte durch die Einzelteile des Brenners gemäß Fig. 1.

Der Brenner ist in Fig. 1 insgesamt mit Io beseichnet, in den eine elektrische Bogenentladung zwischen dem konisch zugespitzen Ende einer Kathode 11 und einer in gleicher Richtung konvergierenden Bohrung eines Ano denelementes 12 in Ausströmrichtung und außerhalb des Brenners erzeugt wird aufgrund einer Plasmagasströmung (bspw. Argon) im Spalt 13 zwischen diesen Elementen.

Mehrere geneigte Bohrungen 14 in dem Ano denelement 12 sorgen für eine zusätzliche Irägergasströenung, die fluidiziertes Pulver enthält, das durch den Plasmaträger Bogen auf ein Werkstück oder eine Oberfläche (nicht dargestellt) gefördert wird. Durch einen ebenfalls konvergierenden Zufuhrkanal 15 zwischen dem Ano denelement 12 und einer äußeren überwurfkappe 16 wird Schutzgas zugeführt, um den

-iu-

Bogen- und Pulveraustragsbereich zu schirmen. Wesentlich ist, daß für die vorerwähnter! Strömungführungen, zusätzlich zu den isolierten Stromzuführungen der Elektrodenelemente und ebenso zu Elementen zur Zirkulation eines Kühlmittels für deren Inspektion und Wartung eine Zugänglichkeit gewährleistet ist, was im wesentlichen durch drei Untereinheiten gewährleistet wird. Eine erste oder Kathodeneinheit (Fig. 3) trägt und umfaßt die Kathode 11 , eine zweite oder Anodeneinheit (Fig. 4) trägt und umfaßt das Ano denelement 12 und eine dritte oder Aufnahmeeinheit (Fig. 5) umfaßt die überwurfhülse 16, die leicht von dieser Einheit entfernt werden kann.

Diese Einheit gemäß Fig. 5 umfaßt fünf lösbar verbundene Teile, die zusammengestellt werden beim Vorgang der Zusammenstellung der Kathoden- und Anodeneinheiten, wobei aber, einmal zusammengestellt, die obenerwähnte Zugangsbereitschaft gegeben ist nach Entfernung der überwurfkappe 16. Zusätzlich zur überwurfkappe bestehen diese lösbar miteinander verbundenen Teile aus einem Basisteil 17 aus isolierendem Material , aus einem Nippel· 18, das eine Sackbohrung aufweist, in der das Basiselement 17 gelagert ist, aus einem längeren Kupplungsteil 19 mit einem Innengewinde für die Aufnahme des Nippels 18 und einem Außengewinde am anderen Ende für die überwurfkappe 16 und schließlich aus einer zuströmseitigen

Schutzhülse 2o, die !auf das entsprechende Außengewinde des Nippels 18 lösbar aufgeschraubt werden kann. Abgesehen von diesen verschiedenen miteinander verschraubbaren Teilen ist die Kupplungs- und Klemmverbindung zwischen den Teilen 16 und 19 vorzugsweise ebenfalls abgedichtet, bspw. mit einem O-Rlng 21. Das Basiselementi 17 hat eine zentrale Bohrung 22 und vier gleichmäßig auf denlftnfangvertpilt'8ohrungen 23 , die von der zentrischen Bohrung 22 die gleichen radialen Abstände haben können. Unter prinzipiellem.Bezug auf die Fig. 1,3 besteht die Kathodeneinheit aus einem länglichen, maschinell bearbeiteten Zentralkörper 25, der sich in der Mittellängsachse des Brenners , erstreckt und der a χ ial distanzierte Nuten und Flanschanlagen aufweist für dieAnordnung von O- Ringdichtungen 26, 27 auf gegenüberliegenden a χ ialen Seiten eines im Durchmesser reduzierten / Abschnittes 28. Dieser reduzierte Abschnitt 28 erfüllt eine Kümmittelverteilerfunktion, was später noch erläutert wird.

Abströmseitig in Bezug auf den reduzierten Abschnitt 28 und seine Dichtungen 26 , 27 ist die Kathodeneinheit 25 äußerlich mit einem sich radial nach außen erstreckenden Flansch 29 versehen und mit einer zylindrischen Abstufung 3o, die sich etwa bis zum vorderen Ende der Kathodeneinheit 25 erstreckt. Diese Abstufung weist eine mit Innengewinde versehene und konisch auslaufende Sacklochbohrung auf, in die ein Haltekragenstück 31 einge-

■r 16 -

schraubt werden kann für die Klemmaufnahme der eigentlichen Kathode 11. Zuströmseitig zum reduzierten Abschnitt 28 und seinen Dichtungen 26, 27 ist die Kathodeneinheit 25 mit einem Außengewinde 32 und mit einem im Durchmesser reduzierten Fortsatz 33 versehen, der bei 34 teleskopartig in ein rohrförmiges

j
Verlängerungsstück¹ 35 eingreift. Eine Bohrung im Fortsatz 33 erstreckt sich bis' in den reduzierten Abschnitt 28 bzw. bis zu radialen Bohrungen>28* in diesem Abschnitt und bildet eine Kühlmittelpassage vom reduzierten Verteilerabschnitt 28 zur fluchtenden Bohrung des rohrförmigen Verlängerungsstückes 35, an dessen freien Ende O. - Ringdichtungen 36 angeordnet sind für den dichten, aber lösbaren Anschluß an äußere Elemente (die einen Wärmetauscher umfassen - nicht dargestellt), was später näher erläutert wiito und was eine Zirkulation des Kühlmittels gewährleistet. Die

Kathodeneinheit wird vervollständigt durch

eine elektrisch isolierende Hülse 37 mit einer Bohrung, die zur Dichtungsanlag4 der 0.- Ringe 26,27 dient. Abströrasesitig ist die Hülse 37 mit e^ner abgestuften Bohrung versehen zur Aufnahme des Flansches 29. Der Ringspalt zwischen der Abstufung und dem abströmseiftigen Ende der Isolationshülse 37 bildet einen Verteiler , der dazu dient, das Plasmagas aus den Radial-

i
bohrungen 38 in derf Hülse 37 aufzunehmen. Die Hülse 37 wird in ihrer Zuordnung zur Gesamteinheit 25 mittels eines Spannringes 39 gehalten, der auf das Gewinde 32 aufgeschraubt

ist. Auf ihrer jAußenumfangsflache ist die Hülse 37 mit Dichtungsringen 4o, 4o* versehen, die in achsial distanzierten Nuten sitzen. Zwischen den O- Ringen 4o,4o' ist die Hülse :!7 im Durähmesser reduziert und weist damit eine äußere Ringnut auf, von der radiale Bohrungen 41 zum Kühlmittelyerteiler 28 führen. Abströmseitig ist die

Hülse 37 ebenfalls mit einer Ringnut 42 versehen, die eine Verteilerfunktion für den Plasmagasstrom in Bezug auf die Bohrungen 38 hat, was noch näher erläutert wird.

Wie ohne weiteres aus Fig. 3 erkennbar, ragt das Kragenstück 31 zur Halterung der Kathode ein Stück über die Kathodeneinhei; 25 heraus und auch über die Hülse 37 und bildet einen Ansatz für ein geeignetes Werkzeug, so daß die Kathode 11 eingesetzt bzw. ausgewechselt werden kann , ohne irgendwelche anderen Eingriffe an der ganzen Kathodeneinheit 25 gemäß Fig. 3 vornehmen zu müssen. Prinzipiell

ι
bezugnehmend auf die Fig. 1,4 besteht die Anodeneinheit aus

einer Hülse 45j mit einer Bohrung 46 zur Aufnahme der Hülse 37, die dichtend mit den Q- Ringen 4o,4o'in diese Bohrung 46 eingesetzt ist, und zwar derart, daß die Nut zwischen den Dichtungen 4o, 4o* und die Ringnut 42 mit entsprechenden; Ringnuten 46', 46" in der Hülse 45 über-

einstimmt.wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist. Ein ringförmiges Zwischenglied 47 sitzt in einer entsprechenden Bohrung am abströmseitigen Ende der Hülse 45, wobei das Anodenelement wiederum in einer entsprechenden Aufnahmebohrung des Zwischengliedes 47 gelagert ist. Das Zwischenglied 47 und das Anodenelement 12 werden in ihrer eingesetzten Stellung durch eine auf die Hülse 45 am abströmseitigen Ende aufschraubbare Uberwurfhülse 48 gehalten, wofür die überwurfhülse 48 mit einem Innengewinde und die Hülse 45 mit einem Außengewinde am abströmseitigen Ende versehen ist. Der konische Teil der überwurfhülse 48 um- bzw. übergreift das,

/ Anodenelement 12 und hält dies unter Preßdruck fest. Wenn , die überwurfhülse 48 entfernt ist, können das Anodenelement 12 und das Zwischenglied 47 leicht entnommen werden, da die Aufnahmebohrung für das Zwischenglied 47 als sich nach außen öffnender Kegelstumpf 5o ausgebildet ist. A χ ial voneinander distanzierte Nuten nehmen O- Ringe 51,51* auf, um eine abgedichtete Weiterleitung des Trägergases für das Pulver zu den geneigten Bohrungen 14 im Anodenelement zu gewährleisten, und zwar durch Bohrungen 52 im Zwischenglied 47, die von einer Ringverteilernut 53 ausgehen,zu der eine Bohrung 54 durch die dicke Wandung der Hülse 45 führt, an deren anderen Ende ein Anschlußnippel 5¹J für den lösbaren Anschluß einer biegsamen

Leitung sitzt. Das Anodenelemerit wird mit Strom und Kühlmittel durch einen rohrförmigen Fortsatz 46 versorgt, der ähnlich wie das Verlängerungsstück an der Kathodeneinheit 25 ausgebildet ist und der parallel, aber mit radialem Abstand zur Längsachse des Brenners verläuft und zwar derart, daß er eine der Bohrungen 23 im Basisteil 17 durchgreifen kann, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist.

-2ο -

Der Versorgungsfortsatz 56 ist an seinem freien Ende mit 0 - iUngdichtungen 57 versehen und mit seinem anderen knde dicht und fest in die Hülse 48 eingepaßt , und zwar im Anschluß an die Kühlmittelleitung 58. Abströmseitig mündet der Kanal 58 in einen Hohlraum59 im Zwischenglied 47, und zwar vor dem Anodenelement 12 und weist einen inneren Rohrvorsprung auf, der einen Plasmagaskanal bildet, und zwar zwischen dem Klemmkragen 31 und dem Anodenelement 12. An seinem zuströmseitigen Ende ist der Fortsatz 6o des Zwischengliedes 47 mit einem Flansch versehen, der eine Umfangsnut aufweist zur Aufnahme einer Q-Ringdichtung 62 zwecks Abdichtung gegen die Bohrung 46. Die 0. ringdichtungen 51,62 bilden somit voneinander distanzierte Dichtungen für die Sitzpassung des Zwischengliedes 47 gegenüber der Hülse 45, und die Kühlmittelleitung 58' steht mit dem Hohlraum 59 innerhalb dieser Dichtungen in Verbindung. Vorzugsweise diametral gegenüberliegend und ebenfa Ils innerhalb dieser Dichtungen ist ein weiterer Kühlmittelkanal 63 in der Hülse 45 angeordnet und bildet somit einen Teil der Zirkulationsleitung für das Kühlmittel, wobei der Kanal 63 zu einer Stelle der Verteilernut 46'führt, d.h., dieser Kanal -53 führt zu den Radialbohrungen 41 der Kathodeneinheit, wenn beide Einheiten zusammengestellt sind.

Die Hülse 45 weist ferner einen Plasmagaszuleitungskanal 65 auf mit einem Aufstecknippel 66, wobei dieser Kanal mit seiner Mündung 67 in der Ringnut 46" ausmündet. In ähnlicher Weise ist ein Schutzgaskanal 68 mit einem Aufstecknippel 69 vorgesehen, der zu einer Schutzgasverteilernut 7o führt, die an ihrem anströmseitigen Ehde offen ist, und zwar, wie erkennbar , vor dem Gewinde 49.

Schließlich ist noch eine äußere, elektrisch isolierende Hülse 71 vorgesehen, die passend auf einen entsprechenden Sitz an der Hülse 45 aufgesetzt ist, und zwar zwischen einem zuströmseitigen Bund 72 und dem abströmseitig angeordneten Gewinde 49. Außen weist die Isolations» hülse 71 einen Ringbund 73 auf der in einen Sitz 74 (Fig. 5) des Kupplungselementes paßt. Ferner ist die Isolationshülse 71 mit einer ersten Ab- / stufung 75 versehen die in einen zweiten Sitz 76 des Kupplungselementes 19 (Fig. 5) paßt und mit einer zweiten Abstufung 77, die in die Stufenbohrung 78 des Kupplungselementes 19 paßt. Die Hülse 71 begrenzt die Schutzgaszuführung nach außen, wobei sie in achsialer Distanz zur Überwurfhülse 48 und gemäß Fig. 1 in einen Ringspalt 79 endet, der als ringförmiger Verteiler dient, wenn der ganze vordere Aufsatz aufgeschraubt ist.

Nachdem die Einheiten im einzelnen nach den Fig. 3,4,5 beschrieben sind, wird nunmehr ihre gegenseitige Zuordnung erläutert:

Zunächst wird das Nippel 18 unverschraubt zur Hülse 19 oder / Hülse 2o und mit dem Basiselement 17 entweder allein oder/ zusammengesteckt mit dem Nippel 18, mit dem Fortsatz 35,32 der Kathodeneinheit gemäß Fig. 3 zusammengesetzt,und zwar in der Bohrung 22 des Basiselementes 17, wobei der vordere Teil des Spannelementes in die Gegenbohrung 22'der Bohrung 22 eingreift, bis die Isolationshülse 37 , wie aus Fig. 1 erkennbaren das Basiselement 17 eingreift. Dann wird die Anodeneinheit gemäß Fig. 4 über das abströmseitige Ehde der Kathodeneinheit gestec kt, wobei der Fortsatz 56 der Anodeneinheit eine de^ Öffnungen 23 im Basiselement 17 durchgreift. In dieser Weise zusammengesteckt, fluchtet die Kühlmittelpassage 63 in der Hülse 45 mit dsm kreisförmigen Verteiler bzw. der Nut 46'zwischen den O - Ringen 4o,4o' Mit seiner Mündung 67 endet der Plasrragaskanal 65 im Kreisringverteiler, der durch die Nuten 42,46" definiert ist, während der Schutzgaskanal 68 im Spalt 7o endet, der nach außen durch die Bohrung der Isolationshülse 71 begrenzt wird. Vervollständigt wird der ganze Trägergapkanal durch die Anodeneinheit, die außerdem alle Külmittelleitungen unter Einbezug des Hohlraumes 51 innerhalb der Anodeneinheit vervollständigt. Die Anschlußnippel 55,66,69 (Fig. 4) sind zum Zwecke einer einfachen Darstellung nur

schematisch in Fig. 4 angedeutet, diese Nippel sind jedoch so

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angeordnet, daß sie tatsächlich in die η och offenen drei anderen Bohrungen 23 des Basiselementes eingreifen, was besser aus Fig. 2 ersichtlich ist.

Der insoweit zusammengesetllte Brenner, ob nun zusammengestellt, wie beschrieben oder optimaler durch Zusammenstellung zunächst der Einheiten gemäß Fig. 3,4 untereinander,ist dadurch charakterisiert , daß die Hülse 45 in eine k onzentrische Sackbohrung 17'des Basiselementes 17 eingreift, wonach das Kupplungselement 19 auf das Nippel 18 aufgeschraubt wird, wobei der Bund 73 im Sitz 74 der Kupplungshülse 19 sitzt. Ein elektrisch isolierendes Klammerelement 8o hat zwei parallele Bohrungen zur Aufnahme des Fortsatzes 33 mit seinem Verlä ngerungsstück 35 und des Fortsatzes 56 , wobei das Klemmelement 8o mit seiner abströmseitigen Fläche am Basiselement 17 anliegt. Wie dargestellt, ist da;s Klenjnelement zwischen seinen Bohrungen geschlitzt und kann in ausreichendem Maße elastisch verformbar verspannt werden, um eine Verspannung mittels einer Querschraube 81 im Schlitzbereich zu ermöglichen, um die beiden Fortsätze 33 und 56 zu verankern.

Um den ganzen Brenner Io zu vervollständigen, sind drei elektrisch isolierende Kugeln 82 (rechtes Ende Fig. 1) vorzugsweise aus Keramik auf Basis von AluminiumoxYd oc'.-sr Zirkoniumoxyd in entsprechenden Sitzen der überwurfhülse 48 und zwar in deren konischen Teil der Anodeneinheit angeordnet. Diese drei Kugeln

ragen aus der konischen Fläche heraus und bilden drei gleichmä ßig voneinander distanzierte Punkte für die konische Innenffläche 83 (Fig. 5) die überwurfkappe 16,

wenn diese auf das Kupplungselement 19 aufgeschraubt ist. Die überwurfkappe 16 sitzt fest, wenn die Spannkräfte (verursacht durch die Schraubverbindung des Nippels 18, des Kupplungseleraentes 19 und der überwurfkappe 16) die Isolationshülse 37 in ihren Sitz 22'pressen, und zwar über die Kugeln 82, die überwurfkappe 48, das Anodenelement und das Zwischenglied 47. Die Schutzgaspassage ist dabei zwischen den Teilen 16,48 hergestellt. Die isolierende Schutzhülse 2o wird natürlich erst dann auf das Nippel 18 aufgeschraubt, wenn die elektrische Verbindung zum Fortsatz 35 der Elektrodeneinheit hergestellt ist und wenn

/ alle Leitungen an die Fittings 55,66, 69 angeschlossen sind. / Diese Anschlußverbindungen sind dann gut geschützt durch die auf das Nippel 18 aufgeschraubte Schutzhülse 2o.

Es ist erkennbar, daß der beschriebene Brenner alle gestellten Forderungen erfüllt. Alle voneinander unabhängigen Ströme werden durch entsprechende Zusammenstellung der Einheiten gewährleistet, welche Einheiten sofort für eine Inspektion, Wartung und/oder Auswechslung zugänglich sind,

nachdem die Überwurfkappe 16 entfernt ist. Eine solche Ent- / fernung der überwurfkappe 16 stellt auch die Überwurfhülse 48 / frei, die ebenso leicht entfernt werden kann. Vorzugsweise befinden sich die Distanzhaltekugeln 82 vorgegebener Größe in permanenter Anordnung in der überwurfhülse 48 und es kann eine Reihe solcher überwurfhülsen 48 für jeden gegebenen Brenner Io bereitgehalten werden, wobei jede Hülse einer solchen Reihe mit Kugeln 82 unterschiedlicher Größe ausgerüstet sein kann, so daß nach Auswahl einer Hülse 48 aus der Reihe die Schutzgaspassage 15 und ihre Ausströmöffnung bezüglich ihrer Weite gezielt ausgesucht eingestellt werden kann. Wenn die Hülse 48 entfernt ist, sind das Anodenelement und das Zwischenglied 47 leicht herausziehbar für eine Wartung und/oder einen Austausch,und eine schraubbare Zugänglichkeit ist sofort verfügbar für die Klemmhülsenbetätigung und einen Austausch des Kathodenelementes, falls eine Inspektion einen solchen Austausch angezeigt erscheinen läßt. Die elektrisch leitenden Teile 35, 25,39,31 der Kathodeneinheit bestehen in herkömmlicher Weise aus Messing und wegen der Lebensdauer ist ein Kathodenelement 11 aus Tungsten empfehlenswert. Die elektrisch leitenden Teile 56,45,48 der Anodeneinheit bestehen ebenfalls in herkömmlicher Weise aus Messing, während die Anodenelemente 12,47 vorzugsweise aus Kupfer gebildet sind. Mit Ausnahme der keramischen Distanzkugeln 82 und der Schutzhülse 2o bestehen alle elektrisch isolierenden Teile, wie die Hülsen 37,71 und das

Spannelement 80 aus DELRIN oder Teflon. Die Schutzhülse 2o ist aus einem geeigneten Epoxyharz mit Glasfaserverstärkung gebildet mit eingegossener Zuordnung eines Messingringes 2o' für das Gewinde zwecks Anschlusses an das Nippel l8. Trotz der elektrischen Spannung und der Ströme einschließlich des Kühlmittels (vorzugsweise destilliertes Wasser) im Kreislauf geschlossen mit einem Wärmetauscher,ist die Isolieranordnung in der Weise

vorgesehen, daß alle äußeren Metallteile, wie die Teile 18,19,16 elektrisch neutral sind und können durch nicht dargestellte Elemente geerdet sein, um eine elektrostatische Aufladung zu vermeiden. Die bevorzugt angeordnete und vorspringende Ringlippe 84 an der überwurfkappe l6 ragt über das eigentliche Anodenelement 12 und verhindert, da elektrisch neutral, einen Direktkontakt des Anodenelementes 12 mit einem Werkstück. Selbstverständlich können an der beschriebenen speziellen An- und Zuordnung der Teile Modifikationen vorgenommen werden.

Bspw. ist es möglich, und zwar zusätzlich zur Möglichkeit einer gezielten und auswählbaren Bemessung des Schutzgasstromes (durch Auswahl einer bestimmten Überwurfhülse 48 mit Kugeln 82 bestimmter Größe) auch die Überwurfkappe l6 aus einer Reihe auszuwählen, die unterschiedliche innere konische Flächen aufweist, und zwar für bestimmte Anwendungsfälle des Brenners.

Leerseite

Claims (1)

1. - ^- (14 378)

   Patentansprüche:
   (IJ Plasmabrenner, gekennzeichnet durch eine

   zentrale Kathodeneinheit mit einem abatrömseitig gerichteten

   Entladungsende und einer radialen Befestigungsschulter am zuströmseitigen Ende, eine sich längs erstreckende Isolationshülse, die einen Teil dieser Einheit zuströmseitig von dieser Schulter bildet, durch eine rohrförmige Trägereinheit mit einer Basis aus isolierendem Material in diesem Bereich und mit einer zentralen Bohrung, durch die sich das zuströmseitige Ende der Kathodeneinheit erstreckt, wobei diese Schulter in axialem Bezug auf diese Basis angeordnet ist und durch eine Anodeneinheit, angepaßt für eine axiale Zuordnung zur genannten Basis über die Hülse und wobei die Einheit eine Bohrung aufweist, die entfernbar in der Hülse angeordnet ist und wobei ferner die Anodeneinheit konvergierend an ihrem abströmseitigen Ende ausgebildet ist zwecks radialer Überlappungsanordnung zum Kathodenentladungsende und durch Ausbildung und Anordnung der Trägereinheit derart, daß sie die Anoden- und Kathodeneinheit umgibt und abströmseitig mit einem konvergierenden, das konische Ende der Anodeneinheit in Distanz überlappenden Ende versehen ist, wobei die Trägereinheit mit Verschraubungsgewinden versehen 1st und wobei ferner zwischen den konischen Enden elektrisch isolierende Distanzelemente angeordnet sind, die unter Preßdruck die Anoden- und

   — 2 Kathodeneinheiten in der Trägereinheit haltend, angeordnet sind.

   2. Brenner nach Anspruch I₁ dadurc h gekennzeichnet , daß die Distanzelemente als drei gleichmäßig in Bezug auf einen gedachten Kreis angeordnete Kugeln ausgebildet sind.

   3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln aus dielektrischer und hochfester Keramik gebildet sind.

   4. Brenner nach Anspruch 1, dad urch gekennzeichnet, daß die Anodeneinheit mit einer radial nach außen gerichteten Schulterausbildung am anströmseitigen Bereich versehen ist und mit einer an die Schulterausbildung angepaßten Isolationsschutzhülse und daß sie mit einer radial nach innen gerichteten '

   / Schulter in Form einer Abstufung versehen ist.

   5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekenn- / zeichnet , daß die äußere Rohrstruktur aus einem Rohrteil mit der nach innen gerichteten Schulter gebildet und mit Verschraubungsgewinde für die Basis versehen ist und daß ein zweites Rohrteil vorgesehen istmit dem abströmseitig angeordneten konvergierendem Ende, wobei das zweite Rohrteil mit dem ersten

   verschraubbar ist.

   6. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Anodenelement eine Schutzgaspassage mit einem sich längs erstreckenden Spalt aufweist, / der von einer Hülse abgedeckt ist und sich in den Spalt zwischen den konvergierenden Enden öffnet, wobei der konvergierende Spalt den ringförmigen Verteiler für das Schutzgas bildet und eine konvergierende Düse rund um die abströmseitigen Enden der Kathoden- und Anodeneinheiten.

   7. Brenner nach Anspruch 1, dadur ch gekennzeichnet , daß die Anodeneinheit einen länglichen ersten kreisförmigen Körper aufweist mit einer Bohrung und der von der Hülse getragen wird und Elemente, die lösbar verbunden sind mit dem ersten Rohrteil und die einen zweiten kreisförmigen Körper mit dem abströmseitig konvergierenden Ende, wobei die lösbar verbundenen Elemente ein abströmseitig divergierendes Sackloch im ersten Teil aufweisen, das eine kegelstumpfförmlge Fläche bildet.

   8. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß in der kegelstumpf förmigen Sitzfläche Nuten mit O-Ringdichtungen vorgesehen sind und Pulver-

   transportpassagenelemente, bestehend aus einer Passage im ersten Körperteil und im zweiten Körperteil, die miteinander kommunizieren durch einen zwischen den 0-Ringdichtungen angeordneten Spalt, wobei die Passage des zweiten Körperteils ein abströmseitig gerichtetes Ausströmende aufweist.

   9. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekenn-

   zeichnet , daß die Passage im zweiten Körperteil ι eine von einer Mehrzahl winklig angeordneter Passagen ist

   und wobei die konische Sitzfläche mit einer ununterbrochenen ί

   ringförmigen Verteilernut versehen ist, mit der alle ,

   Passagen kommunizieren. '

   lo.Brenner nach Anspruch 7,dadurchgekenn-

   zeichnet , daß die Anodeneinheit einen dritten j J

   kreisringförmigen Körper umfaßt, der axial zwischen dem ·

   ersten und dem zweiten Körper angeordnet ist, wobei dieser \

   dritte Körperteil eine konvex kegelstumpfförmige, anström- i seitige Endausbildung aufweist, mit der er in der Sacklochbohrung sitzt.

   11.Brenner nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet , daß die Anodeneinheit ferner ein Verschraubungselement in Bezug auf das abströmseitige Ehde

   des ersten Körperteiles aufweist und daß dieses Element eine konvergierende Kreisflanschausbildung aufweist in Bezug auf den zweiten Körperteil, wodurch die drei Körperteile lösbar durch dieses Element zusammengehalten werden.

   12.Brenner nach Anspruch lo, dad ure h gekennzeichnet , daß der dritte Körperteil einen ersten umlaufenden O-Ring-abgedichteten Sitz zur Bohrung im ersten Körperteil hat und einen zweiten umlaufenden O-Ring-abgedichteten Sitz zur Zwischenfläche und einen kreisringförmigen Anodenkühlraum, offen gegen den ersten Körperteil im Spalt zwischen den O-Ringdichtungen und ferner eine Kühlmittelpassage, bestehend aus zwei Passagen im ersten Körperteil, welche Passagen unabhängig miteinander mit dem Hohlraum kommunizieren via winklig dichter Stellen im Spalt zwischen den O-Ringdichtungen.

   13-Brenner nach Anspruch 12, dadurc h gekennzeichnet , daß das zuströmseitige Ende der Kathodeneinheit mit einem länglichen, elektrisch leitenden Fortsatz versehen ist, mit dem es die Zentralbohrung des Basiselementes durchgreift und das die Anodeneinheit an ihrem zuströmseitigen Ende mit einem rohrförmigen, elektrisch leitenden Fortsatz ver sehen ist, mit dem es eine exzentrisch versetzte Bohrung im

   Basiselement durchgreift, wobei eine der winklig versetzten Passagen des ersten Körperteiles in abgedichteter Verbindung mit der Bohrung der besagten Kathodenverbindung steht und die/ andere der besagten winklig versetzten Passagen im ersten / Körperteil in abgedichteter Verbindung mit der Bohrung des Anodenanschlusses steht.

   14.Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kathodeneinsatz mit einem auswechselbaren Kathodenelement versehen ist, das anströmseitig ein zylindrisches Ende aufweist und ein Kragenklemmelement für die lösbare Montage des Kathodenelementes am abströmseitigen Ende der Kathodeneinheit.

   15.Brenner nach Anspruch 14, dad urch gekennzeichnet , daß im Bereich des Kragenklemmelementes sich die Isolationsschutzhülse in Abströmrichtung erstreckt und dieses Kragenelement überlappt, wobei der letztere Bereich der Kathodeneinheit eine umlaufende Gasverteilerzone aufweist, die in Verbindung mit dem abströmseitigen Endbereich des Kathodeneinsatzausganges in Verbindung mit der Anodeneinheit bildet, wobei Plasmagaszufuhrpassagen eine Passage in der Anodeneinheit umfassen, die mit der besagten Gasverteilerzone durch radiale Bohrungen in der Isolationshülse verbunden sind.

   16.Brenner nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß dieser in der Sitzfläche der Isolationshülse des Kathodenelementes in der Bohrung des Anodenelementes eine umlaufende Verteilernut aufweist, mit der eine Verbindung zwischen der Plasmagaszufuhrpassage der Anodeneinheit und der Radialbohrung in der Isolationshülse herstellt, welche Bohrung eine aus einer Mehrzahl von Bohrungen an der gleichen axialen Stelle ist.

   17.Brenner nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Passagenverbindung zur Bohrung der Kathodenverbindung durch eine radiale öffnung in der Isolationshülse erfolgt, wobei ein erstes Paar von axial distanzierten 0-Ringdichtungen neben der besagten Radialöffnung angeordnet ist und an der radialen Außenfläche zwischen der Isolationshülse und der Anodeneinheit und daß ein zweites Paar axial distanzierter O-Ringdichtungen auf gegenüberliegenden Seiten der radialen öffnung angeordnet ist und zwischen der radialen Innenfläche zwischen der Isolationshülse und dem benachbart angeordneten Teil der Kathodeneinheit.

   18.Brenner nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens eine der Oberflächen in jeder der Sitzflächen eine umlaufende Verteilernut aufweist,

   die mit der Radialöffnung in Verbindung steht, wobei diese Radialöffnung eine ist aus einer Mehrzahl solcher öffnungen in gleicher axialer Anordnung.

   19.Brenner nach Anspruch 13, dadurch gekennzeic hnet, daß er mit einem isolierenden Klemmelement versehen ist, daß er die Anoden- und Kathodenanschlüsse umfaßt und diese in ihrer Zuordnung einander anströmseitig in Bezug auf das Basiselement festspannt«

   2o.Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß dessen Isolationshülse eine Aufnahmebohrung mit axial begrenzter Länge an seinen an- und abströmseitigen Enden aufweist, wodurch eine Bohrung mit reduziertem Durchmesser zwischen diesen Aufnahmebohrungen definiert ist und wobei die Kathodeneinheit mit einer radial nach außen gerichteten Flanschausbildung versehen ist, die in einer der Aufnahmebohrungen sitzt und daß die Kathodeneinheit ferner mit einem mit Gewinde versehenen Ringspannelement versehen ist, das in der verbleibenden Aufnahme der Kathodeneinheit sitzt, ,' die selbst lösbar in der anderen Aufnahmebohrung angeordnet ist. /