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Die Erfindung betrifft Plasmabrenner mit transferiertem
Bogen und insbesondere die Elektrodenstruktur im Abschnitt
zur Plasmaerzeugung. Plasmabrenner mit transferiertem Bogen,
auf die sich die Erfindung bezieht, können zum Erwärmen von
Objekten verwendet werden, z. B. zum Erwärmen von
schmelzflüssigem Stahl auf einer bestimmten Stufe der Zufuhr aus
einem Konverter zu einer Stranggießform.
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Das Erwärmen eines Objekts, z. B. von schmelzflüssigem
Stahl, erfolgt durch Induktionserwärmung oder Erwärmung
mittels eines Plasmabrenners. Es gibt zwei Arten von
Plasmabrennern: eine mit transferiertem Bogen und die andere mit
nichttransferiertem Bogen. Bei einem Plasmabrenner mit
transferiertem Bogen dient ein zu erwärmendes Objekt als Anode, und
es erfolgt eine elektrische Entladung zwischen der Kathode
des Plasmabrenners und dem zu erwärmenden Objekt. Bei einem
Plasmabrenner mit nichttransferiertem Bogen erfolgt eine
elektrische Entladung zwischen der Kathode und der Anode des
Plasmabrenners, ein Betriebsgas wird in den Raum zwischen
diesen Elektroden geführt, und mit dem durch den Raum
zwischen der Kathode und der Anode geleiteten Gas wird das zu
erwärmende Objekt beaufschlagt.
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Auch bei Plasmabrennern mit transferiertem Bogen wird
ein Betriebsgas (vorzugsweise ein Inertgas), z. B. N&sub2; oder
Ar, zum Abschirmen der Elektroden gegenüber der
Umgebungsatmosphäre verwendet. Plasmabrenner mit nichttransferiertem
Bogen verbrauchen aber eine wesentlich größere
Betriebsgasmenge. Wegen dieses hohen Betriebsgasverbrauchs haben
Plasmabrenner mit nichttransferiertem Bogen hohe Betriebskosten.
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Fig. 7, 8 und 9a bis 9c zeigen einen herkömmlichen
Plasmabrenner mit transferiertem Bogen, der in der US-A-4 564 740
offenbart ist. Fig. 7 ist ein Längsschnitt durch den
Endabschnitt des Plasmabrenners, Fig. 8 eine Ansicht einer
elektrischen
Schaltung mit dem Plasmabrenner, und Fig. 9a, 9b und
9c sind Detailansichten unterschiedlicher Anordnungen, die am
Spitzenabschnitt der Kathode des Plasmabrenners vorgesehen
sein können.
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Der herkömmliche Plasmabrenner hat eine Hilfselektrode
19 in der Mitte, eine die Hilfselektrode 19 umgebende
zylindrische Kathode 17 und eine die Kathode 17 umgebende
zylindrische Düse 18.
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Ein Betriebsgas wird veranlaßt, sowohl in die Lücke
zwischen der Hilfselektrode 19 und der Kathode 17 als auch in
die Lücke zwischen der Kathode 17 und der Düse 18 zu strömen.
Die Strömungsgeschwindigkeiten des Betriebsgases werden so
eingestellt, daß das Verhältnis zwischen der Strömung in der
Lücke zwischen der Hilfselektrode 19 und der Kathode 17 und
der Strömung in der Lücke zwischen der Kathode 17 und der
Düse 18 zwischen 1 : 5 und 1 : 8 liegt. Somit macht die
Betriebsgasströmung in der Lücke zwischen der Kathode 17 und
der Düse 18 den Großteil der Gesamtströmung aus.
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Beim herkömmlichen Plasmabrenner wird Plasma gemäß der
nachfolgenden Beschreibung erzeugt. Zunächst wird das
Betriebsgas eingeleitet. Zum Zündzeitpunkt wird eine
hochfrequente Hochspannung an die Lücke zwischen der Hilfselektrode
19 und der Kathode 17 angelegt, was eine elektrische
Entladung in dieser Lücke verursacht. Anschließend wird eine
Gleichspannung unter Verwendung der Kathode 17 als negative
Elektrode und der Hilfselektrode 19 als positive Elektrode
angelegt, wodurch ein Pilotbogen erzeugt wird. Nachdem die
Erzeugung des Pilotbogens auf diese Weise erreicht ist, wird
das Anlegen der hochfrequenten Spannung zum Zünden beendet.
Im Anschluß daran wird eine Gleichspannung unter Verwendung
der Kathode 17 als negative Elektrode und eines zu
erwärmenden Objekts 20 als positive Elektrode angelegt, wodurch
zwischen ihnen ein Hauptbogen erzeugt wird. Durch den Hauptbogen
wird das Objekt 20 erwärmt.
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Das Anlegen der Gleichspannung an der Kathode 17 und der
Hilfselektrode 19 wird auch während der Zeit fortgesetzt, in
der sich der Hauptbogen fortlaufend bildet, so daß der
Pilotbogen während dieser Zeit ständig erzeugt wird.
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Zusammen mit der Einleitung einer großen Menge von
kühlem Betriebsgas in die Lücke zwischen der Kathode 17 und der
Düse 18 dient der Pilotbogen dazu, eine elektrische Entladung
von der Kathode 17 zur Düse 18 und damit Schäden an der Düse
18 zu verhindern.
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Im Hinblick auf die Konfiguration der Kathode 17 sollte
zur Gewährleistung einer stabilen Ausbildung des Bereichs der
Plasmabogenerzeugung der Mitteldurchgang der Kathode 17
möglichst mit einem vergrößerten Abschnitt versehen sein, dessen
Länge auf das 0,1- bis 0,2-fache des Außendurchmessers D&sub1; der
Kathode 17 und dessen Durchmesser D&sub1; in der Nähe der
Oberfläche der Kathode 17 auf das 2- bis 5-fache des Durchmessers d&sub1;
des angrenzenden Abschnitts des Mitteldurchgangs eingestellt
ist. Dieser vergrößerte Abschnitt des Mitteldurchgangs kann
wie ein Kegelstumpf oder ein schief abgeschnittener Zylinder
geformt sein. Bei dieser Anordnung kann zusätzlich zu einer
stabilen Ausbildung des Bereichs der Plasmabogenerzeugung
eine Streuung des Bereichs der Plasmabogenerzeugung über die
Gesamtfläche des vergrößerten Abschnitts des Mitteldurchgangs
gewährleistet werden, wobei durch diese Streuung die
Stromdichte auf der Elektrodenoberfläche verringert werden kann.
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Zur elektrischen Schaltung von Fig. 8 gehören eine mit
der Kathode 17 und der Hilfselektrode 19 verbundene
Stromquelle 21, eine Hauptbogen-Stromquelle 23 zum Erzeugen eines
Hauptbogens in der Lücke zwischen der Kathode 17 und dem zu
erwärmenden Objekt 20 sowie ein Hochfrequenzgenerator 22.
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Der vorstehend beschriebene herkömmliche Plasmabrenner
mit transferiertem Bogen bringt jedoch die im folgenden
dargestellten Nachteile mit sich. Zur Gewährleistung einer
stabilen Ausbildung des Bereichs der Plasmabogenerzeugung sowie
einer Streuung des Bereichs der Plasmabogenerzeugung über die
Gesamtfläche des vergrößerten Abschnitts des Mitteldurchgangs
und damit einer Verringerung der Stromdichte auf der
Elektrodenoberfläche muß durch den Pilotbogen ständig eine bestimmte
Anzahl geladener Teilchen erzeugt und zugeführt werden, die
ausreichend groß ist, um die an die wirksame
Elektrodenoberfläche angrenzende Raumladung auszugleichen. Um diese
Raumladung in Elektrodennähe stabil zu halten und gleichzeitig
Schäden am Kantenabschnitt an der Kathodenspitze infolge
einer Verschiebung des Hauptbogens zu diesem Abschnitt, eine
Verringerung des Wärmewirkungsgrades infolge eines nicht
ordnungsgemäß eingeschnürten Plasmabogens und Schäden an der
Düse infolge einer elektrischer Entladung von der Kathode zur
Düse zu verhindern, muß ferner eine große Menge von kühlem
Betriebsgas in die Lücke zwischen der Kathode 17 und der Düse
18 geleitet werden.
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Wie zuvor erwähnt wurde, ist daher bei der Anordnung des
herkömmlichen Plasmabrenners die Zufuhr einer großen
Betriebsgasmenge zur Düse und in die Lücke zwischen der Düse
und der Kathode entscheidend.
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Somit weist eine herkömmlich vorgesehene Düse die
folgenden Nachteile auf:
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(1) Der Außendurchmesser des Plasmabrenners wird
mindestens dreimal so groß wie der der Kathode, was das Gewicht
stark erhöht und außerdem eine größeren Raum für den Einbau
erfordert.
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(2) Da eine große Betriebsgasmenge verbraucht werden
muß, ergeben sich Nachteile in der Wirtschaftlichkeit.
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(3) Da das Gas in zwei Leitungen zugeführt werden muß
und daneben auch Düsenkühlwasser notwendig ist, sind die
Struktur des Brenners und die Systeme zur Gas- und
Wasserzufuhr zwangsläufig kompliziert.
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Ferner muß bei der herkömmlichen Anordnung der
Pilotbogen im Betrieb ständig erzeugt werden.
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Die Erfindung kam angesichts der vorgenannten Probleme
zustande. Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen
Plasmabrenner mit transferiertem Bogen zu schaffen, bei dem
die herkömmlich vorgesehene Düse nicht verwendet werden muß,
wodurch der Durchmesser des gesamten Brenners bei relativer
Durchmessererhöhung der Kathode verringert werden und der
Plasmabrenner somit eine hohe Belastbarkeit für den
Bogenstrom aufweisen kann. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen
der Ansprüche gelöst. Erfindungsgemäß ist ein Plasmabrenner
mit transferiertem Bogen gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
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Ein Strömungsdurchgang für das Betriebsgas wird durch
den Raum zwischen dem Kathodenhalteteil, der Hohlkathode und
der Zündanode gebildet.
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Das Kathodenhalteteil kann vorzugsweise einen
Doppelzylinder mit geschlossenem Ende und einen in dem Doppelzylinder
angeordneten Innenzylinder aufweisen, wobei mehrere Rillen in
der Rückfläche des Abschnitts des Kathodenhalteteils
ausgebildet sind, an dem die Kathode befestigt ist. Die mehreren
Rillen und der Innenzylinder bilden einen Abschnitt des
Kühlmittel-Strömungsraums. Die Außenumfangsfläche und die
Bodenfläche des Kathodenhalteteils können vorzugsweise mit einem
elektrischen Isolator überzogen sein.
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Da erfindungsgemäß die ringförmige Kathode an einem
Innenumfang des durch ein Kühlmittel gekühlten
Kathodenhalteteils befestigt und da die Kathode so befestigt ist, daß sie
teilweise von der Bodenfläche des Kathodenhalteteils vorragt,
kann die Lage eines auf der Endfläche der Kathode
ausgebildeten Brennflecks stabil in der Mitte festgelegt werden.
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Dieser Vorteil wird unter Berücksichtigung des
theoretischen Hintergrunds deutlich, daß ein Brennfleck jener Punkt
ist, an dem Thermoelektronen freigesetzt werden. Die
Bodenfläche und die Eckenfläche des Kathodenhalteteils, die
gekühlt werden, haben eine zu niedrige Temperatur, um einen
Freisetzungspunkt für Thermoelektronen vorzusehen und somit
leicht einen Brennfleck ausbilden zu können. Andererseits
ermöglicht die Endfläche der Kathode, die von dem
Kathodenhalteteil vorragt und eine hohe Temperatur hat, eine
Konzentration des elektrischen Felds auf ihr und somit die Ausbildung
eines Brennflecks.
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Da sich ferner die Lage des Brennflecks auf der
Kathodenendfläche stabil in der Mitte festlegen läßt, kann sowohl
ein Düsenkörper als auch ein in die Lücke zwischen der Düse
und der Kathode geleitetes Betriebsgas entfallen, die beim
bekannten Brenner notwendig waren.
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Durch den Wegfall der Düse kann als Brennerdurchmesser
nunmehr ein Maß gewählt werden, das etwa einem Drittel des
Durchmessers herkömmlicher Plasmabrenner entspricht. Dadurch
kann der Plasmabrenner kompakt sein.
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Außerdem verliert das Plasma seine Stabilität auch dann
nicht, wenn der Pilotbogen unmittelbar nach der Zündung des
Hauptbogens verlischt.
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Die ringförmige Kathode ist unterhalb der Spitze der
Zündanode vorgesehen. Damit wird verhindert, daß die
Zündanode durch einen von der Kathode aus erzeugten Hauptbogen
abgeschmolzen und abgenutzt wird.
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Sind die mehreren Kühlmittel-Strömungsrillen in der
Rückfläche des Kathodenbefestigungsabschnitts des
Kathodenhalteteils ausgebildet, kann die Kathode ausreichend gekühlt
werden.
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Sind die Außenumfangsfläche und die Bodenfläche des
Kathodenhalteteils mit einem elektrischen Isolator überzogen,
kann durch diese Anordnung in Kombination mit der Kühlwirkung
die Erzeugung eines vom Kathodenhalteteil ausgehenden
Plasmabogens völlig ausgeschlossen werden. In diesem Fall wird
daher das elektrische Feld ordnungsgemäß auf der Kathode
konzentriert, was eine stabile und äußerst wirksame Erzeugung
eines Plasmabogens gewährleistet.
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Da erfindungsgemäß ferner der Strömungsdurchgang für das
Betriebsgas durch einen Raum zwischen dem Kathodenhalteteil,
der Hohlkathode und der Zündanode gebildet wird, kann die
Zündanode durch das Betriebsgas gekühlt und somit geschützt
werden.
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Werden die Verringerung des Brennerdurchmessers und die
ausreichende Kathodenkühlung mit der Anordnung kombiniert,
bei der die Kathode durch ein Einschraub- oder
Einpaßverfahren befestigt ist, ergeben sich solche Vorteile wie ein
geringer thermischer Beanspruchungsgrad. Durch eine geringe
thermische Beanspruchung und weitere Vorteile kann der
Kathodendurchmesser auf ein wesentlich größeres Maß gegenüber den
herkömmlich verwendeten eingestellt werden, wodurch eine hohe
Belastbarkeit für den Bogenstrom erreicht wird.
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Durch die Ausbildung der Kühlrillen im Kathodenhalteteil
kann die Kathode sehr wirksam gekühlt werden, wodurch sich
die Nutzungsdauer der Kathode stark erhöhen läßt. Wird die
Kathode in ihrer Lage durch Schraubgewinde oder
Eingriffsabschnitte gehalten, kann sie nicht abfallen.
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Fig. 1 ist ein bruchstückartiger Längsschnitt durch eine
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Plasmabrenners mit
transferiertem Bogen;
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Fig. 2 ist eine Detailansicht des in Fig. 1 mit II
bezeichneten Abschnitts;
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Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Linie III-III von
Fig. 2;
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Fig. 4 ist ein Schnitt entlang der Linie IV-IV von Fig.
2;
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Fig. 5 ist eine Fig. 2 entsprechende Ansicht einer
weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Plasmabrenners
mit transferiertem Bogen;
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Fig. 6 ist ein Schnitt entlang der Linie VI-VI von Fig.
5; und
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Fig. 7, 8, 9a, 9b und 9c sind Ansichten eines
herkömmlichen Plasmabrenners, wobei Fig. 7 ein Längsschnitt durch den
Endabschnitt des Plasmabrenners ist, Fig. 8 ein
Blockschaltbild einer elektrischen Schaltung mit dem Plasmabrenner zeigt
und Fig. 9a, 9b und 9c Detailansichten unterschiedlicher
Anordnungen sind, die am Spitzenabschnitt der Kathode des
Plasmabrenners vorgesehen sein können.
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Im folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung anhand von Fig. 1 bis 6 beschrieben.
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Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Plasmabrenners mit transferiertem
Bogen. In dieser Ausführungsform ist eine Kathode an einem
Kathodenhalteteil durch Schraubgewinde befestigt. Fig. 2
zeigt im Detail den mit II in Fig. 1 bezeichneten Abschnitt,
Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Linie III-III von Fig. 2,
und Fig. 4 ist ein Schnitt entlang der Linie IV-IV von Fig.
2.
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In einer weiteren Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist eine
Kathode an einem Kathodenhalteteil durch einen Einpaßeingriff
befestigt. Fig. 6 ist ein Schnitt entlang der Linie VI-VI von
Fig. 5.
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Zunächst wird die Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 4
beschrieben. In diesen Figuren bezeichnet die Bezugszahl 1 eine
Kathode, die an einem Kathodenhalteteil 3 befestigt ist,
indem sie in einen Schraubgewinde-Eingriffsabschnitt 11
geschraubt wird, der im Innenumfang des Teils 3 ausgebildet
ist. Vor dem Befestigen wird auf dem
Schraubgewinde-Eingriffsabschnitt 11 Silberlot aufgetragen, um die elektrische
Leitfähigkeit und den Wärmeleitkoeffizienten zu erhöhen.
Silberlot wird auch auf einen Einpaß-Engriffsabschnitt 13'
unterhalb des Schraubgewinde-Eingriffsabschnitts 11
aufgetragen.
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Das Kathodenhalteteil 3 hat eine Anordnung, bei der das
Teil 3 durch ein Kühlmittel gekühlt wird. Ein im
Kathodenhalteteil 3 befindlicher Innenzylinder 5 teilt einen Raum 7 ab,
durch den ein Kühlmittel strömen kann. Das Kühlmittel strömt
im Raum 7 in die mit den Pfeilen bezeichnete Richtung und
kühlt dadurch die Kathode 1 sowie die Bodenfläche und die
Außenumfangsfläche des Kathodenhalteteils 3.
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Zur Verstärkung der Kühlwirkung des
Schraubgewindeabschnitts 11 und des Einpaßabschnitts 13', mit denen die
Kathode 1 einen Eingriff herstellt, sind mehrere
Strömungsrillen 10 für das Kühlmittel vorgesehen. Diese Rillen 10
vergrößern die Wärmeübertragungsfläche, erhöhen die
Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels und bewirken eine gleichmäßige
Kühlung.
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Sind die Rillen 10 gemäß Fig. 4 spiralförmig
ausgebildet, läßt sich die Kühlwirkung weiter verstärken.
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Der Plasmabrenner von Fig. 1 weist außerdem eine Anode 2
zum Zünden und ein Teil 4 zum Halten der Zündanode 2 auf. Das
Halteteil 4 für die Zündanode hat einen Strömungsraum 8 für
das Kühlmittel, der durch einen darin befindlichen
Innenzylinder 6 abgeteilt ist, und wird durch ein im Raum 8
strömendes Kühlmittel gekühlt. Ein Strömungsdurchgang 9 für das
Betriebsgas ist ein Raum, der durch das Kathodenhalteteil 3,
das Zündanodenhalteteil 4, die Zündanode 2 und die Innenseite
der Kathode 1 gebildet wird. Ein Betriebsgas strömt in die
mit den Pfeilen bezeichnete Richtung in den Durchlaß in der
Kathode 1, um freigesetzt zu werden.
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Ein Isolator 12 überzieht die Bodenfläche und die
Außenumfangsfläche des Kathodenhalteteils 3, um eine von diesem
Teil 3 ausgehende Bogenentladung zu verhindern.
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Der Spitzenabschnitt der Kathode 1 des erfindungsgemäßen
Plasmabrenners ragt von der Bodenfläche des
Kathodenhalteteils 3 um 5 bis 30 mm vor, so daß sich das elektrische Feld
auf der Endfläche der Kathode 1 konzentriert und sich ein
Brennfleck darauf bildet.
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Da die Lage der Zündanode 2 so festgelegt ist, daß sich
diese oberhalb der Kathode 1 befindet, wird ein Abschmelzen
und Abnutzen der Spitze der Zündanode 2 durch einen zwischen
der Kathode 1 und einem zu erwärmenden Objekt erzeugten
Hauptbogen verhindert.
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Nachfolgend wird beschrieben, auf welche Weise ein
Plasmabogen durch den erfindungsgemäßen Plasmabrenner erzeugt
wird.
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Zum Zündzeitpunkt wird zunächst eine hochfrequente
Hochspannung zwischen der Kathode 1 und der Zündanode 2 angelegt,
was eine elektrische Entladung zwischen diesen Elektroden
verursacht. Anschließend wird eine Gleichspannung unter
Verwendung der Kathode 1 als negative Elektrode und der
Zündanode 2 als positive Elektrode angelegt, wodurch ein Pilotbogen
erzeugt wird. Danach wird das Anlegen der hochfrequenten
Hochspannung beendet.
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Im Anschluß daran wird eine Gleichspannung unter
Verwendung der Kathode 1 als negative Elektrode und eines (nicht
gezeigten) zu erwärmenden Objekts als positive Elektrode
angelegt, wodurch ein Hauptbogen zwischen diesen Teilen erzeugt
wird. Danach wird das Anlegen von Gleichspannung zwischen der
Kathode 1 und der Zündanode 2 beendet, wodurch der Pilotbogen
verlischt. Ein durch die Lücke zwischen der Kathode 1 und der
Zündanode 2 abwärts zum Austreten strömendes Betriebsgas
dient zum Abschirmen der Zündanode 2 gegenüber der Kathode 1,
wodurch die Zündanode 2 geschützt wird. Auch nach dem
Verlöschen des Pilotbogens bleibt der Hauptbogen auf einer konisch
zulaufenden Oberfläche 1" an der Spitze der Kathode 1 stabil.
Da die konisch zulaufende Oberfläche 1" an dieser Spitze
ringförmig ist, läßt sich eine große Fläche für die
Freisetzung von Thermoelektronen gewährleisten, die zum Hauptbogen
zu führen sind. Folglich läßt sich die Bogenstromdichte
verringern, wodurch auch bei einem hohen Bogenstrom eine geringe
Abnutzung erreicht werden kann.
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Um zu gewährleisten, daß der Brennfleck mit einer
ringförmigen Konfiguration und stabil an der Spitze der Kathode 1
ausgebildet wird, sollte die Kathode 1 vorzugsweise eine
bestimmte Konfiguration an ihrem Spitzenabschnitt haben, bei
der der Radius der ringförmigen Kathode 1 an der entfernten
Kante 1''' minimal ist.
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Der Brenner mit der vorstehend beschriebenen Anordnung
wurde in einem etwa dreistündigen Betrieb mit einem Strom von
6000 A eingesetzt. Als Ergebnis wurde festgestellt, daß der
Brennfleck ohne Düse stabil und der Grad der Abnutzung gering
war.
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Anhand von Fig. 5 und 6 wird nunmehr eine weitere
Ausführungsform beschrieben, die sich durch die Art der
Kathodenbefestigung unterscheidet.
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In dieser Ausführungsform ist eine Kathode 1' an einem
Kathodenhalteteil 3' befestigt, wobei die Befestigung jedoch
nicht über Schraubgewinde, sondern über einen Einpaßeingriff
unter Verwendung von Eingriffsabschnitten 16 erfolgt.
Insbesondere ist eine Eingriffsrille 14 in einem Innenumfang des
Kathodenhalteteils 3' ausgebildet, und die auf der Kathode 1'
vorgesehenen Eingriffsabschnitte 16 werden in die Rille 14
eingepaßt und verhindern dadurch, daß die Kathode 1' abfällt.
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Während der Befestigung der Kathode 1' am
Kathodenhalteteil 3' wird die Kathode 1' in das Kathodenhalteteil 3' so
eingefügt, daß die Eingriffsabschnitte 16 der Kathode 1' in
Kerben 15 eingepaßt werden, die im Kathodenhalteteil 3'
ausgebildet sind, wodurch die Eingriffsabschnitte 16 in der
Eingriffsrille
14 positioniert werden. Danach wird die Kathode
1' gedreht, bis die Eingriffsabschnitte 16 an Positionen
fixiert sind, die jeweils von den Kerben 15 entfernt sind.
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Beim Einfügen der Kathode 1' wird gleichzeitig Silberlot
aufgetragen.
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Wie aus der vorstehenden Beschreibung deutlich wird, hat
die Erfindung die folgenden wesentlichen Auswirkungen:
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(a) Eine herkömmlich verwendete Düse ist nicht
notwendig. Dadurch kann nicht nur der Düsenkörper selbst, sondern
auch das Düsenkühlsystem und das System zur Betriebsgaszufuhr
in die Lücke zwischen der Düse und der Kathode entfallen.
Somit ist der erfindungsgemäße Plasmabrenner mit transferiertem
Bogen einfach und kompakt.
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(b) Der Durchmesser des Plasmabrenners kann etwa ein
Drittel des Durchmessers herkömmlicher Plasmabrenner
betragen. Dadurch kann der Brenner in einem engen Raum eingebaut
werden.
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(c) Es lassen sich Düsenkühlwasser sowie eine große
Betriebsgasmenge einsparen.
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(d) Das Plasma verliert seine Stabilität auch dann
nicht, wenn der Pilotbogen unmittelbar nach der Zündung des
Hauptbogens verlischt.
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(e) Durch die Kombination zwischen verringertem
Brennerdurchmesser, ausreichender Kathodenkühlung und
Kathodenbefestigung über ein Einschraub- oder Einpaßverfahren ergeben
sich solche Vorteile wie ein geringer thermischer
Beanspruchungsgrad. Durch eine geringe thermische Beanspruchung und
weitere Vorteile kann der Kathodendurchmesser auf ein
wesentlich größeres Maß gegenüber den herkömmlich verwendeten
eingestellt werden, wodurch eine hohe Belastbarkeit für den
Bogenstrom erreicht wird.
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(f) Durch die im Kathodenhalteteil ausgebildeten
Kühlrillen läßt sich die Kathode sehr wirksam kühlen, wodurch die
Nutzungsdauer der Kathode stark erhöht werden kann.
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(g) Wird die Kathode in ihrer Lage durch Schraubgewinde
oder Eingriffsabschnitte gehalten, kann sie nicht abfallen.
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(h) Sind die Außenumfangsfläche und die Bodenfläche des
Kathodenhalteteils mit einem elektrischen Isolator überzogen,
läßt sich eine vom Kathodenhalteteil ausgehende elektrische
Entladung verhindern. Daher wird in diesem Fall das
elektrische Feld ordnungsgemäß auf der Kathode konzentriert, was
eine stabile und äußerst wirksame Erzeugung eines Plasmabogens
gewährleistet.