DE2653361A1

DE2653361A1 - Elektrischer lichtbogenbrenner

Info

Publication number: DE2653361A1
Application number: DE19762653361
Authority: DE
Inventors: Brian Patrick Mcmahon
Original assignee: BOC Ltd Australia
Current assignee: BOC Ltd Australia
Priority date: 1975-11-25
Filing date: 1976-11-24
Publication date: 1977-05-26
Also published as: JPS5284140A; FR2333405A1

Description

IAlISIAKWALT DIPL. ING. K. HOIiZER PHIliIPPIirK-WBLSBB-STBASBB 14

8900 AUGSBURG

TELBFOH 61β4Τ0 TBLEX 6S3S02 p*ioH

W. 831

Augsburg, den 18. November I976

BOC Limitedj Hammersmith House, London W6 9DX, England

Elektrischer Lichtbogenbrenner

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Lichtbogenbrenner, der einen an seinem vorderen Ende mit dem Brennerkopf verbundenen äußeren Metallmantel und durch das Innere des Mantels hindurchverlaufende rohrförmige Versorgungsleitungen zur Zufuhr von Gas, Wasser und elektrischer Energie aufweist.

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Unter dem Ausdruck "Lichtbogenbrenner¹¹ ist ein Gerät zu verstehen, bei welchem ein elektrischer Lichtbogen zwischen einer Brennerelektrode und entweder einem elektrisch leitenden Werkstück oder einer zweiten Elektrode erzeugt wirdo Der Lichtbogen dient als Wärmequelle zum Schweißen, Schneiden, Löten, Sprühen und zur Metallbearbeitung sowie für metallurgische und chemische Materialbehandlungen.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf Plasmabrenner mit direktem Lichtbogen. Der Lichtbogen wird gewöhnlich zwischen einer mittigen austauschbaren Elektrode und dem Werkstück erzeugt, wobei sowohl das Lichtbogenplasma als auch das plasmabildende Gas durch ein den Strahl einschnürendes Mundstück hindurchströmen. Es ist außerdem üblich, einen Pilotlichtbogen mit verhältnismäßig niedriger Energie zwischen der mittigen Elektrode und dem Mundstück zu erzeugen. Falls das Werkstück elektrisch nicht leitfähig ist, brennt der Lichtbogen zwischen der mittigen Elektrode und dem Mundstück.

Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines verbesserten elektrischen Lichtbogenbrenners.

Dazu ist ein elektrischer Lichtbogenbrenner der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsleitung durch einen

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zwischen ihr und dem Mantel gebildeten Kunstharzkörper elektrisch vom Mantel isoliert ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der als Plasmabrenner ausgebildete Lichtbogenbrenner eine austauschbare mittige Elektrode, die in thermischem und elektrischem Kontakt mit einem ersten Wärmeableiter steht, und ein ringförmiges Mundstück auf, das ebenfalls in thermischem und elektrischem Kontakt mit einem zweiten Wärmeableiter steht, xrobei jedem der beiden Wärmeableiter ein Leitungsbogen einer rohrförmigen Kühlwasserleitung zugeordnet ist und wobei die beiden Wärmeableiter elektrisch voneinander isoliert sind. Vorzugsweise dient mindestens eine Versorgungsleitung als Zuleitung für den elektrischen Strom.

Gemäß einem noch weiteren Merkmal der Erfindung ist das innere Ende der austauschbaren mittigen Elektrode starr an einer mit Schraubgewinde versehenen Hülse befestigt, welche in eine Gewindebohrung eines metallenen Aufnahmekörpers einschraubbar ist, der als Anschluß für einen elektrischen Leiter zur Lichtbogenstromzuführung dient.

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Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße elektrische Lichtbogenbrenner ein Plasmabrenner bzw. ein Brenner mit eingeschnürtem Lichtbogen, bei welchem der äußere Teil des Mundstücks an seinen äußeren Endflächen mit einer Keramikschicht oder einer anderen Wärme- und elektrisch isolierenden Materialschicht versehen und von einem ringförmigen Schirm aus elektrisch isolierendem Material umgeben ist.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beispielsweise näher beschrieben, welche einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Lichtbogenbrenner mit eingeschnürtem Lichtbogen zeigt.

Die mittige Elektrode 2 des Brenners besteht aus Wolfram oder einem anderen dauerhaften Metall und ist an ihrem inneren Ende mit einer Hülse 4 verbunden, die einen Plansch 6 und einen mit Schraubgewinde versehenen Teil 8 aufweist. Die Hülse 4 ist in eine Gewindebohrung eines Anschlußstückes 10 einschraubbar, das auch als Wärmeableiter dient. Das Anschlußstück ist von einer Leitungsschleife einer rohrförmigen Leitung 12 umgeben, der hart oder weich am Anschlußstück 10 angelötet ist, so daß zwischen der Leitung und.der Elektrode 2 nur ein geringer elektrischer und thermischer Widerstand herrscht und die Wärme leicht von der

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Elektrode 2 auf die Leitung 12 übergehen kann. An einer vom Brenner entfernten Stelle sind die Enden der Leitung einerseits mit einer Kühlwasserquelle bzw. einem Abfluß für das verbrauchte Wasser und andererseits mit einem Anschluß einer elektrischen Energiequelle verbunden.

Das Anschlußstück 10 ist von einem weiteren Anschlußstück 18 durch einen Isolierkörper 20 aus geeignetem elektrisch isolierendem Werkstoff getrennt. Der Isolierkörper ist etwa ringförmig und umschließt eine Kammer 16. Die Wand der Kammer 16 ist durch eine Hülse 39 aus elektrisch isolierendem, hitzebeständigem Material gebildet, die austauschbar ist.

Das Anschlußstück 10 steht auch mit einem Ende einer Leitung 14 in Verbindung, die der Zufuhr von Argon oder einem anderen geeigneten Gas zur Plasmabildung dient, das durch einen Kanal oder Kanäle im Anschlußstück 10 und dem Isolierkörper 20 in die Kammer 16 gelangt.

Ähnlich wie das Anschlußstück 10 ist das Anschlußstück 18 von einer Leitungsschleife einer weiteren rohrförmigen Leitung 22 umschlossen, die der Zufuhr von Kühlwasser und elektrischer Energie dient. Das Anschlußstück 18 ist an einem äußeren ringförmigen und austauschbaren Mundstück 24 befestigt,

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dessen Innendurchmesser bei 26 so abgestuft ist, daß die Plasmagasströmung durch den Zwischenraum zwischen der Elektrode und dem Mundstück 24 eingeschnürt wird· Die Enden der Leitung 22 sind an einer vom Brenner entfernten Stelle mit einer Kühlwasserquelle bzw. einem Abfluß für das verbrauchte Wasser und dem anderen Anschluß der bereits elektrischen Energiequelle verbunden.

Die Außenfläche des Mundstücks 24 ist mit einer Schicht 28 aus keramischen Material überzogen, um einen zufälligen Kurzschluß durch Berührung zwischen dem Mundstück und einem elektrische leitenden Werkstück zu verhindern.

Am Anschlußstück 18 ist eine äußere, mit Schraubgewinde versehene Hülse 30 befestigt, beispielsweise weich angelötet, auf welche ein mit Innengewinde versehener Schirm 32 aus elektrisch isolierendem Material aufgeschraubt ist. Es ist ersichtlich, daß die Keramikschicht 28 und der Schirm 32 derart miteinander zusammenwirken, daß die Gefahr der Berührung zwischen irgendeinem elektrisch leitenden Teil des Brenners und dem Werkstück oder Spänen bzw. anderen leitfähigen Teilchen auf ein Minimum verringert wird, die infolge einer mittels des Plasmabrenners ausgeführten Metallbearbeitung entstehen.

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Außerdem können Gase in eine niehtgezeigte Kammer zwischen dem Schirm 20 und dem Anschlußstück 18 mit Hilfe einer ebenfalls nichtgezeigten, am Anschlußstück 18 weich angelöteten Leitung eingeleitet werden, die entlang der Leitung 22 zum Brennerkopf verläuft.

Der Isolierkörper 20 ist an einem Ende eines Metallmantels 3^ befestigt, der vorzugsweise aus rostfreiem Stahl besteht und gerade, gekrümmt oder abgewinkelt ausgebildet sein kann. An dem von der Elektrodenanordnung abgewandten Ende greift eine innere Hülse 36 aus elektrisch isolierendem Werkstoff in den Metallmantel 3^ ein. Die Leitungen 12 und 22 und die Gasleitung Ik verlaufen mit Spielraum durch das Innere der Hülse 3£ hindurch.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist der Raum zwischen der Hülse 36, dem Mantel 3^, den Leitungen 12, 22 und l4 und dem Anschlußstück 10 und dem Isolierkörper mit einer geeigneten Gießmasse, d.h. einem Kunstharz ausgefüllt, das nach dem Eingießen in den genannten Raum ausgehärtet ist. Nach der Aushärtung dient der so entstandene Kunstharzkörper 38 zum Schutz der Innenteile des Brenners gegen Schwingungen und Stöße und führt dadurch zu einer längeren Lebensdauer dieser Teile. Zur Herstellung dieses Kunstharzkörpers sind keine komplizierten und teueren Gießwerkzeuge erforderlich. Alternativ dazu kann der Kunstharz-

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körper 38 aus geeignetem Isoliermaterial hergestellt werden.

Die gesonderte Kühlung der Anschlußstücke lOund 18 und die Tatsache, daß die Kühlwasserkreisläufe erst an einer vom Brenner entfernten Stelle miteinander in Verbindung stehen, verhindert eine elektrolytische Korrosion innerhalb des Brenners. Die Verwendung zweier rohrförmiger Leitungen innerhalb des Brenners vereinfacht auch die Kühlwasserströmung. Es treten keine abrupten Änderungen der QuerSchnittsfläche oder der Strömungsrichtung auf und es sind keine spaltförmigen Räume vorhanden, in denen sich Schmutzteilchen sammeln können.

Die ringförmige Elektrode bzw. das Mundstück 24 ist in das Anschlußstück 18 eingeschraubt oder auf andere Weise in dieses eingesetzt. Dadurch kann die Elektrode 24 herausgenommen werden, wenn die mittige Elektrode 2 eingesetzt oder ausgetauscht werden soll. Nach dem Abnehmen der Elektrode 24 kann die durch die Elektrode 2 und die Hülse gebildete Anordnung mittels eines Steckschlüssels oder eines anderen geeigneten Werkzeugs in die Kammer 16 eingesetzt und in das Anschlußstück 10 eingeschraubt werden.

Bei herkömmlichen Plasma- oder TIG-Brennern wird die

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mittige Elektrode normalerweise mittels einer Spannhülse gehalten. Dadurch kann die Elektrode von Zeit zu Zeit zur Spxtzennacharbeitung und zum Einstellen herausgenommen werden. Das bedeutet, daß die Position der Elektrode bei jedem Wiedereinsetzen geprüft und eingestellt werden muß. Die Art des Einsetzens und der Halterung der Elektrode bei der erfindungsgemäßen Anordnung macht die Einstellarbeit der mittleren Elektrode entbehrlich, da die Einstellung automatisch durch die Hülse 4 festgelegt wird, so daß keine Möglichkeit eines Ausrxchtungsfehlers besteht. Es besteht zwar auch keine Möglichkeit einer Elektrodenverstellung zum Ausgleich des Verschleißes, jedoch kommt diesem Nachteil weit weniger Bedeutung als dem Vorteil zu, den Arbeiter dadurch zu entlasten, daß eine veränderliche aus seinem Kontrollbereich herausgenommen wird. In der Praxis wird das vordere Ende der mittleren Elektrode so geformt und behandelt, daß die Elektrode eine befriedigende Standzeit erreicht.

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Claims

Patentansprüche

Iy Elektrischer Lichtbogenbrenner, der einen an seinem vorderen Ende mit dem Brennerkopf verbundenen äußeren Metallmantel und durch das Innere des Mantels hindurchverlaufende rohrförmige Versorgungsleitungen zur Zufuhr von Gas, Wasser und elektrischer Energie aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsleitungen (12, 14, 22) durch einen zwischen ihnen und dem Mantel (34) gebildeten Kunstharzkörper (38) elektrisch vom Mantel isoliert sind.
2. Lichtbogenbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunstharzkörper (38) aus einer den gesamten freien Raum innerhalb des Mantels (34) aus-*· füllenden, eingegossenen und ausgehärteten Gießmasse besteht.
3. Lichtbogenbrenner der Plasmabrennerbauart, mit einer austauschbaren mittleren Elektrode, die in thermischem und elektrischem Kontakt mit einem ersten Wärmeableiter steht, und mit einem ringförmigen Mundstück, das mit einem zweiten Wärmeableiter in thermischem und elektrischem Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Wärme-

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ableiter (10, l8) eine Leitungsschleife einer gesonderten Kühlwasserleitung (12, 22) zugeordnet ist, und daß beide Wärmeableiter elektrisch voneinander isoliert sind.
4. Lichtbogenbrenner nach Anspruch 3₉ dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Kühlwasserleitungen als elektrische Stromzuführung dient.
5. Lichtbogenbrenner nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wärmeableiter (10, 18) von einer Windung der betreffenden Kühlwasserleitung (12, 22) umschlossen ist, die weich oder hart an dem Wärmeableiter angelötet ist.
6. Lichtbogenbrenner nach einem der Ansprüche 3 bis p, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kühlwasserleitungen (12, 22) als elektrische Zuleitungen dienen.
7ο Lichtbogenbrenner nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Hundstück (24) abnehmbar am zweiten Wärmeableiter (18) befestigt ist.
8. Lichtbogenbrenner mit einer austauschbaren mittleren Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß das unwirksame

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üinde der mittleren Elektrode (2) starr an einer mit Außengewinde versehenen Hülse (4) befestigt ist₉ die ihrerseits in eine Gewindebohrung eines als Anschluß für eine Stromzuleitung (12) dienenden metallenen Aufnahmekörpers (10) einschraubbar ist.
9. Lichtbogenbrenner nach Anspruch 8, der als Plasmabrenner ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmekörper (10) mit dem Ende einer Zuleitung (14) zur Zufuhr eines plasmabildenden Gases verbunden ist, und daß ein oder mehrere Kanäle im Aufnahmekörper das Gas in eine Kammer (16) leiten, von welcher aus es zu einem ringförmigen Mundstück (2 4) gelangt, welches eine eingeschnürte Aus tr it.ts öffnung .zur Plasmastrahleinschnürung aufweist.
10. Liehtbogenbrenner- nach einem der Ansprüche 3 bis oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Teil des Mundstücks (24) an seinen Außenflächen mit einer Schicht (28) aus keramischem-oder anderem elektrisch isolierendem Material überzogen und von einem ringförmigen Schirm (32) aus elektrisch isolierendem Material umgeben ist.

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