DE4305541A1

DE4305541A1 - Plasma cutting burner for cutting metallic materials

Info

Publication number: DE4305541A1
Application number: DE4305541A
Authority: DE
Inventors: Hans Madsen; Ulrich Reichelt
Original assignee: FIWATECH GmbH
Current assignee: FIWATECH GmbH
Priority date: 1993-02-21
Filing date: 1993-02-21
Publication date: 1994-08-25

Abstract

The invention relates to an improvement in the thermal stability and cutting beam geometry of a nozzle system for plasma cutting of metallic materials, and to a plasma cutting burner of corresponding construction. It furthermore includes elements which prevent any hazard to the labour force resulting from the voltage applied to the burner electrodes. Such a plasma cutting burner consists of a cathode, which is composed of a cathode tube and of a replaceable cathode cap which has a cathode pin which is centred and on the nozzle side, having water cooling which is arranged inside this cathode and encloses it - the external diameter of the cathode cap being equal to the internal diameter of the lower insulating element enclosing it, spiral gas ducts being arranged in the casing of the cathode cap, which gas ducts originate from the annular gas space and end in a vortex chamber. There is a guide funnel in the nozzle cap, between the vortex chamber and the nozzle opening. The design of the internal space of the nozzle cap ensures that the plasma jet (plasma beam) is formed particularly exactly.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung der thermischen Stabilität und der Schneidstrahlgeometrie eines Düsensystems zum Plasmaschneiden von metallischen Werkstoffen sowie einen entsprechend ausgebildeten Plasmaschneidbrenner. Sie beinhaltet weiterhin Elemente, die einer Gefährdung der Arbeitskraft durch die an den Brennerelektroden anliegende Spannung verhindern.The invention relates to an improvement in thermal Stability and the cutting jet geometry of a nozzle system for plasma cutting of metallic materials as well as a appropriately trained plasma cutting torch. they also contains elements that pose a risk to the Worker due to the contact with the burner electrodes Prevent tension.

Plasmaschneidbrenner werden zum thermischen Trennen vorwiegend flächiger Elemente insbesondere aus metallischen Werkstoffen verwendet.Plasma cutting torches are used for thermal cutting predominantly flat elements, in particular made of metallic Materials used.

Hierbei wird ein Gasstrom in einer Düse durch einen Lichtbogen geführt, hocherhitzt und ionisiert. Die Düse ist dabei in der Regel so ausgebildet, daß sie die Kathode, von der der Lichtbogen ausgeht, ringförmig umschließt.Here, a gas flow in a nozzle through a Arc guided, highly heated and ionized. The nozzle is usually designed so that they are the cathode of which goes out the arc, encloses in a ring.

Vielfach ist die Düse gleichzeitig die Anode oder wird zumindest als Hilfsanode zur Zündung des Plasmabrenners eingesetzt. Im letzteren Fall bildet das zu trennende Werkstück nach dem Kontakt mit dem Zündplasmastrahl die Anode.In many cases, the nozzle is or becomes the anode at least as an auxiliary anode for igniting the plasma torch used. In the latter case, this is what is to be separated Workpiece after contact with the ignition plasma jet Anode.

Im Gegensatz zu Autogenschneidbrennern, bei denen die Wärme durch chemische Reaktionen erzeugt wird und bei denen die Reaktionsenergie die erreichbare Energiedichte beschränkt, ist die Energiedichte des Plasmastrahles in erster Linie vom Verhältnis der Stromstärke zum Schneidgasdurchsatz abhängig und damit in weiten Grenzen variierbar.Unlike oxyacetylene torches, where the heat is generated by chemical reactions and in which the Reaction energy limits the achievable energy density, is the energy density of the plasma beam primarily from Ratio of the current strength to the cutting gas throughput dependent and therefore variable within wide limits.

Dadurch, daß praktisch jedes thermisch ionisierbare Gas als Trennmedium eingesetzt werden kann und durch die Tatsache, daß der Plasmastrahl sich relativ gut bündeln läßt, sind derartige Brenner universell einsetzbar.The fact that virtually any thermally ionizable gas as Separation medium can be used and by the fact that the plasma jet can be bundled relatively well are such burners can be used universally.

Ein Problem der ständigen Weiterentwicklung ist hierbei die Plasmastrahlgeometrie, die direkten Einfluß auf Qualität und Energieaufwand des Trennvorganges hat. Das Schneidgas tritt als energiereicher, heißer Strahl aus der Düse und schmilzt eine Trennfuge in den metallischen Körper. Dabei steigt, wie leicht einzusehen, mit der Breite der Fuge die Menge des geschmolzenen Metalls und damit der für den Trennvorgang notwendige Energieaufwand. Mit einer Verbreiterung der Schnittfuge und unsauberen Kanten erhöht sich auch der Aufwand für die exakte Nachbearbeitung der Schnittkante.One problem with constant further development is that Plasma beam geometry that directly affect quality and Has energy expenditure of the separation process. The cutting gas occurs as a high-energy, hot jet from the nozzle and melts a parting line in the metallic body. This increases how easy to see with the width of the joint the amount of molten metal and thus that for the separation process necessary energy expenditure. With a widening of Kerf and unclean edges also increases the Effort for the exact finishing of the cut edge.

Ziel ist es deshalb einen möglichst exakt linearen und dünnen Schneidstrahl zu erzielen.The goal is therefore to be as linear and thin as possible Achieve cutting beam.

Insbesondere durch die in der DE OS 41 40 785 und DE OS 41 43 273 vorgeschlagenen Mittel erzielte Verwirbelung des Plasmastrahles lassen sich relativ exakte Schnitte auch bei größeren Materialstärken erzielen. Die Düsengeometrie der hier vorgeschlagenen Brenner bewirkt jedoch mit ihren abrupten Übergängen, insbesondere durch den sehr kleinen Düsenraum, daß die Laminarität des austretenden Strahles nicht ständig gewährleistet ist. Dabei auftretende Verbreiterungen der Schnittfuge erfordern einen zusätzlichen Energieaufwand.In particular by the in DE OS 41 40 785 and DE OS 41 43 273 proposed means achieved turbulence of the plasma beam can also be made relatively exact cuts achieve with larger material thicknesses. The nozzle geometry of the burner proposed here, however, causes with their abrupt transitions, especially due to the very small Nozzle space that the laminarity of the emerging jet is not always guaranteed. Occurring Broadening of the kerf requires an additional one Energy expenditure.

Ein weiteres Problem ist, daß bei den erzielbaren Energiedichten im Bereich der Düse, durch die dabei auftretende thermische Belastung von Düse und Kathode, eine unerwünschte Verkürzung der Standzeiten derartiger Brenner bewirken. Insbesondere beim Einsatz von Sauerstoff oder stark sauerstoffhaltigen Plasmagasen führt jeder Kontakt des Plasmas mit erhitzten Teilen der Düse zu Abnutzungserscheinungen.Another problem is that with the achievable Energy densities in the area of the nozzle through which thermal stress on the nozzle and cathode, a undesirable shortening of the service life of such burners cause. Especially when using oxygen or strong every contact of the oxygen-containing plasma gases Plasmas with heated parts of the nozzle too Signs of wear.

Durch die Erfindung sollen deshalb Mittel zur Verbesserung der Standzeiten der thermisch belasteten Kathodenteile bei gleichzeitiger Vervollkommnung der Schneidstrahlgeometrie insbesondere durch eine Optimierung der Kühlung bereitgestellt werden. Zum Schutz der Arbeitskraft beim Wechsel der Verschleißteile ausgeführten Kathodenkappe und Düse soll der erfindungsgemäße Brenner mit einer wirksamen Schutzvorrichtung ausgestattet sein. The invention is therefore intended to provide means for improvement the service life of the thermally loaded cathode parts simultaneous perfection of the cutting beam geometry especially by optimizing the cooling to be provided. To protect the worker when Change of wear parts made cathode cap and The burner according to the invention is said to have an effective nozzle Protective device.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch eine Brennergestaltung gemäß den Ansprüchen gelöst. Bei einem derart ausgestalteten Brenner wird das Schneidgas über eine Gaszuführungsleitung in den Gasringraum geleitet. Von hier aus strömt es über die auf der zylindrischen Mantelfläche der Kathodenkappe unter einem Winkel zur Brennerachse angeordneten Gasführungskanäle in die Verwirbelungskammer ein. Zur exakten Führung des Entspannungsvorganges sind Gasführungskanäle auf den Oberflächen von Kathode und Düse eingearbeitet.According to the invention, these tasks are performed by a Burner design solved according to the claims. In the case of a burner designed in this way, the cutting gas passed into the gas annulus via a gas supply line. From here it flows over the cylindrical one Shell surface of the cathode cap at an angle to Burner axis arranged gas guide channels in the Swirl chamber. For the exact management of the Relaxation process are gas channels on the Surfaces of cathode and nozzle incorporated.

Die Gasführungskanäle, die unter einem Winkel von 5° bis 60° zur Brennerachse angeordnet werden, erfüllen drei Aufgaben.The gas ducts, which are at an angle of 5 ° to 60 ° arranged to the burner axis perform three tasks.

Durch die Anordnung der Gasführungskanäle unter dem oben genannten Winkel wird das in die Verwirbelungskammer eintretende Schneidgas und demzufolge das Plasma in eine gleichmäßige Rotation versetzt, die gegenüber bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Verwirbeln des Plasmagases eine sauberere Strahlgeometrie und damit exaktere Schnitte ermöglicht. Insbesondere bei der Ausführung der Gasführungskanäle in einem sägezahnförmigen Querschnitt kann eine gute Laminarität des Gasstromes im Bereich der Gasführungskanäle erzielt werden, was zur exakten Schnittführung nicht unwesentlich beiträgt.By arranging the gas routing channels under the above called angle that is in the swirl chamber cutting gas entering and consequently the plasma into a even rotation offset compared to known Method and devices for swirling the plasma gas a cleaner beam geometry and therefore more precise cuts enables. Especially when executing the Gas guide channels in a sawtooth-shaped cross section can good laminarity of the gas flow in the area of Gas routing channels can be achieved, resulting in exact Cut not insignificantly contributes.

In den Gasführungskanälen wird das Schneidgas entspannt. Die hierbei benötigte Wärmeenergie wird der Kathodenkappe über die durch die eingearbeiteten Gasführungskanäle vergrößerte Oberfläche entzogen. Hierdurch kommt es zu einer Verbesserung der Kühlung.The cutting gas is expanded in the gas routing channels. The The heat energy required for this is transferred to the cathode cap the enlarged through the incorporated gas channels Surface removed. This leads to an improvement the cooling.

Die Einarbeitung der Gasführungskanäle in die Oberfläche der Kathode vergrößert deren Oberfläche und verbessert damit den Wärmeübergang zwischen Schneidgas und Kathode.Incorporation of the gas ducts into the surface of the Cathode increases their surface area and thus improves the Heat transfer between cutting gas and cathode.

Das in die Verwirbelungskammer eingetretene Schneidgas bewegt sich auf einer Spiralförmigen Bahn zum Zentrum der Verwirbelungskammer wobei sich mit der Annäherung an die Brennerachse die Rotationsgeschwindigkeit kontinuierlich erhöht. Durch die zum Zentrum entsprechend der Form des Führungstrichter anwachsenden Abstand zwischen Kathodenkappe und Düse wird dieser Rotation eine Expansion in Richtung der Brennerachse überlagert. Damit sind beim Erreichen der Düsenöffnung bereits beide Bewegungskomponenten des als rotierender Strahl durch die Düsenöffnung abströmenden Plasmastrahls ausgebildet. Die strömungsgünstige Ausbildung des Führungstrichters, die eine stets kontinuierliche Ausbildung der Bewegungskomponenten erzwingt, verhindert hierbei, daß in dem abströmenden Gas ungewollte zusätzliche Turbulenzen entstehen, die die gleichmäßige Rotation des ausströmenden Gasstrahls stören. Diese gleichmäßige Rotation wiederum verhindert, daß der Plasmastrahl vorzeitig divergiert und damit zu einer ungewollten Verbreiterung der Schnittfuge führt.The cutting gas that has entered the swirl chamber moves on a spiral path to the center of the Swirling chamber being with the approach to the Burner axis the rotation speed continuously elevated. By going to the center according to the shape of the Guide funnel increasing distance between cathode cap and nozzle will expand towards this rotation Burner axis overlaid. So that when reaching the Nozzle opening already both movement components of the as rotating jet flowing out through the nozzle opening Plasma beams trained. The streamlined training of the leading funnel, which is always continuous Formation of the movement components enforced, prevented here that unwanted additional in the outflowing gas Turbulence arises that the even rotation of the disrupting flowing gas jet. This smooth rotation in turn prevents the plasma jet from prematurely diverges and thus leads to an unwanted widening of the Kerf leads.

Bei Zündung des Brenners wird durch einen Funkenüberschlag zwischen der Kante der Kathodenkappe und dem nächstgelegenen Punkt der Düse ein dünner Kanal eines ionisierten Gase erzeugt, das in den spiralförmigen Gasstrom eingelagert ist. Dieses Gas leitet einen elektrischen Stromfluß zwischen Kathodenkappe und als Zündanode geschalteter Düse. Während durch den Stromfluß der Plasmakanal erwärmt und damit erweitert wird, verlagert sich dieser entsprechend der Bewegung des Gases zum Zentrum. Mit dem Austreten des Ionisierten Plasmas aus der Düse wird durch dieses eine leitfähige Verbindung zwischen dem Werkstück und der Kathodenkappe speziell dem Kathodenstift hergestellt.When the burner is ignited, there is a sparkover between the edge of the cathode cap and the closest one Point the nozzle a thin channel of an ionized gas generated, which is embedded in the spiral gas stream. This gas conducts an electrical current flow between Cathode cap and nozzle switched as an anode. While heated by the current flow of the plasma channel and thus is expanded, this shifts accordingly Movement of the gas to the center. With the exit of the Ionized plasma from the nozzle is created by this one conductive connection between the workpiece and the Cathode cap specially made for the cathode pin.

Es entsteht ein rotierender Plasmafaden, der sich vom Kathodenstift zum Werkstück erstreckt und in dem der Schneidstrom Wärme freisetzt, die ständig das in der Verwirbelungskammer tangential an diesen heranströmende Schneidgas thermisch ionisiert. Durch die tangentiale Gaszufuhr wird der durch die Düsenöffnung tretende Gas- Plasmastrahl durch einen Mantel kälteren Gases eingehüllt. Er weist damit einen Temperaturgradienten vom Zentrum zur Peripherie auf, der die Düsenöffnung wirksam vor thermischem Verschleiß schützt. A rotating plasma thread is created, which differs from the Cathode pin extends to the workpiece and in which the Cutting current releases heat that is constantly in the Swirling chamber tangentially approaching it Cutting gas thermally ionized. Through the tangential Gas supply is the gas that passes through the nozzle opening Plasma jet enveloped by a jacket of colder gas. He thus assigns a temperature gradient from the center to the Periphery on, the nozzle opening effective before thermal Protects wear.

Mit der Annäherung an das Werkstück wird auch dieser Mantel auf eine Temperatur aufgeheizt, die eine thermische Ionisierung hervorruft, so daß der Stromfluß zum Werkstück unbehindert ist.With the approach to the workpiece, this jacket also becomes heated to a temperature that is thermal Ionization causes, so that the current flow to the workpiece is unhindered.

Da die Kathode des Brenners zur Erzielung eines ausreichenden Brennerstromes unter einer hohen Spannung steht, ist ein derartiger Brenner über eine äußeres Isolierstück in eine Schutzhülse montiert um Gefährdungen der Arbeitskraft auszuschließen.Since the cathode of the torch is sufficient to achieve Burner current is under a high voltage is a such burner via an outer insulating piece in a Protective sleeve mounted around worker hazards to exclude.

Diese Schutzhülse besteht aus einem festen Gehäuseteil das mit dem Handgriff verbunden ist und in dem der Brenner isoliert fixiert ist, sowie einer Gehäusekappe die auf das aus dem festen Gehäuseteil in Richtung Düse herausragenden äußeren Isolierstück aufgeschoben wird. Die Gehäusekappe wird durch einen Sicherungsbügel, der an dieser durch geeignete Mittel wie beispielsweise eine Nut-Feder-Verbindung befestigt ist und auf dem der Düse abgewandten Ende des festen Gehäuseteiles aufliegt, gegen unbeabsichtigtes Herabfallen gesichert.This protective sleeve consists of a solid housing part is connected to the handle and in which the burner is insulated, and a housing cap on the protruding from the fixed housing part towards the nozzle outer insulating piece is pushed on. The housing cap will by a safety bracket, which is attached to this by suitable Means such as a tongue and groove connection attached is and on the end facing away from the nozzle of the fixed Housing part rests against accidental falling secured.

In der der Düse abgewandten Seite dieses festen Gehäuseteiles ist ein Stößeltaster integriert, der in Richtung der Brennerachse betätigt wird und mit bekannten Mitteln die Stromzufuhr zur Kathode nur dann gewährleistet, solange er in vollständig in das Gehäuse eingeschoben ist. Dadurch, daß der Sicherungsbügel auf diesem Schaltstößel aufliegt wird die Stromversorgung des Brenners eingeschaltet.In the side of this fixed housing part facing away from the nozzle is integrated a plunger button, which in the direction of the Burner axis is actuated and by known means Power supply to the cathode is only ensured as long as it is in is fully inserted into the housing. The fact that the The safety bracket rests on this switching plunger Burner power supply switched on.

Zum Austausch von Kathodenkappe oder Düse muß die Gehäusekappe entfernt werden. Dazu muß wiederum der Sicherungsbügel vom festen Gehäuseteil abgezogen werden. Mit der Entfernung des Sicherungsbügels wird der Schaltstößel freigegeben und somit die Stromversorgung des Brenners abgeschaltet. Ein Stromunfall bei arbeiten an Kathodenkappe oder Düse wird somit sicher ausgeschlossen.To replace the cathode cap or nozzle, the Housing cap are removed. To do this, the The safety bracket can be pulled off the fixed housing part. With Removing the safety bracket becomes the switch plunger released and thus the power supply to the burner switched off. A power accident while working on the cathode cap or nozzle is thus safely excluded.

Ein erfindungsgemäßer Plasmaschneidbrenner zur Verbesserung der Schneidstrahlgeometrie eines Düsensystems zum Plasmaschneiden von metallischen Werkstoffen soll im Folgenden anhand eines in der Abb. 1 und 2 dargestellten Plasmaschneidbrenners erläutert werden.A plasma cutting torch according to the invention for improving the cutting jet geometry of a nozzle system for plasma cutting of metallic materials will be explained below with reference to a plasma cutting torch shown in FIGS. 1 and 2.

Dabei zeigtIt shows

Abb. 1 einen Längsschnitt durch den Kopf eines erfindungsgemäßen Plasmaschneidbrenners und Fig. 1 shows a longitudinal section through the head of a plasma cutting torch according to the invention and

Abb. 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Plasmaschneidbrenners. Fig. 2 is a schematic representation of the plasma cutting torch according to the invention.

Ein erfindungsgemäßer Schneidbrenner besteht aus einer überwiegend zylindrischen Kathode, die im wesentlichen aus einem Kathodenrohr (1), das düsenseitig durch eine ebenfalls vorwiegend zylindrischen Kathodenkappe (2) verschlossen ist, zusammengesetzt ist sowie der als Zündanode dienenden Düse (5) die gegeneinander durch ein oberes Isolierstück (3) und ein unteres Isolierstück (4) zueinander fixiert werden und durch. Dieser Brenner wird durch eine aus festes Gehäuseteil (18a) und Gehäusekappe (18a) gebildete Schutzhülse (18) eingeschlossen.A cutting torch according to the invention consists of a predominantly cylindrical cathode, which is essentially composed of a cathode tube ( 1 ), which is closed on the nozzle side by a likewise predominantly cylindrical cathode cap ( 2 ), and the nozzle ( 5 ), which serves as an ignition anode and is opposed by an upper one Insulating piece ( 3 ) and a lower insulating piece ( 4 ) are fixed to each other and by. This burner is enclosed by a protective sleeve ( 18 ) formed from a fixed housing part ( 18 a) and housing cap ( 18 a).

Der Innenraum der Kathode (1) ist zweckmäßigerweise mit einer bekannten und deshalb nur durch ein im Inneren des Kathodenrohr (1) angedeutetes Rohr dargestellten Flüssigkeitskühlung versehen.The interior of the cathode ( 1 ) is expediently provided with a known liquid cooling, which is therefore only indicated by a tube indicated in the interior of the cathode tube ( 1 ).

Auf dem Kathodenrohr (1) ist ein oberes Isolierstück (3) durch einen Anschlag so arretiert, daß eine Verschiebung in Richtung Kathodenkappe (2) verhindert wird. In der Abbildung wird dieser Anschlag durch einen sich in das obere Isolierstück (3) erstreckenden Flansch dargestellt. Dieses obere Isolierstück (3) wird von einer Verschraubung (6) umschlossen der wiederum auf einer Ausweitung des oberen Isolierstückes (3) aufliegt. Durch einen Abstand des unteren Teiles der Verschraubung (6) zum oberen Isolierstück (3) wird ein Gasringraum (10) gebildet, in den eine nicht dargestellte Gaszuführung endet. In die Verschraubung (6) ist ein unteres Isolierstück (4) eingeschoben, das im unteren Teil die Kathodenkappe (2) umschließt und in der Verwirbelungskammer (12) annähernd bündig mit der Grundfläche der vorwiegend zylindrischen Kathodenkappe (2) abschließt. Auf die Außenfläche des unteren Isolierstückes (4) ist die Düse (5) aufgeschoben und gegen die Verschraubung (6) abgedichtet. Die kraftschlüssige Verbindung wir hierbei durch die auf der Verschraubung (6) aufgeschraubte und auf der konischen Fläche der Düse (5) aufliegende Düsenkappe (7) hergestellt.An upper insulating piece ( 3 ) is locked on the cathode tube ( 1 ) by a stop in such a way that a displacement in the direction of the cathode cap ( 2 ) is prevented. In the figure, this stop is shown by a flange extending into the upper insulating piece ( 3 ). This upper insulating piece ( 3 ) is enclosed by a screw connection ( 6 ) which in turn rests on an extension of the upper insulating piece ( 3 ). A gas annular space ( 10 ), into which a gas supply (not shown) ends, is formed by a distance between the lower part of the screw connection ( 6 ) and the upper insulating piece ( 3 ). A lower insulating piece ( 4 ) is inserted into the screw connection ( 6 ), which surrounds the lower part of the cathode cap ( 2 ) and in the swirl chamber ( 12 ) is approximately flush with the base of the predominantly cylindrical cathode cap ( 2 ). The nozzle ( 5 ) is pushed onto the outer surface of the lower insulating piece ( 4 ) and sealed against the screw connection ( 6 ). The non-positive connection is established by the nozzle cap ( 7 ) screwed onto the screw connection ( 6 ) and resting on the conical surface of the nozzle ( 5 ).

Zur Verbesserung des Stromüberganges von der Kathode in das Plasma ist in der Kathodenkappe (2) ein ebenfalls bekannter Kathodenstift (8) eingelassen.To improve the current transfer from the cathode to the plasma, a cathode pin ( 8 ), which is also known, is embedded in the cathode cap ( 2 ).

In die Mantelfläche der Kathodenkappe (2) sind weiterhin unter einem Winkel von 30° zur Brennerachse (17) kathodenseitige Gasführungskanäle (11) mit einem sägezahnförmigen Querschnitt eingearbeitet.In the lateral surface of the cathode cap ( 2 ) are further incorporated at an angle of 30 ° to the burner axis ( 17 ) cathode-side gas guide channels ( 11 ) with a sawtooth-shaped cross section.

Der Innenraum der Düse (5) läßt sich als aus vier zur Brennerachse (17) rotationssymmetrischen Teilen bestehend beschreiben. Das sind in der Abbildung von oben nach unten:The interior of the nozzle ( 5 ) can be described as consisting of four parts which are rotationally symmetrical to the burner axis ( 17 ). In the illustration, these are from top to bottom:

1. ein in seinem Inneren aus einem oberen der Außenfläche des unteren Isolierstückes (4) angepaßten zylinderischen Teil,1. a cylindrical part adapted in its interior from an upper of the outer surface of the lower insulating piece ( 4 ),

2. die Verwirbelungskammer (12), die die Form eines in der Äquatorachse halbierten Rotationsellipsoiden dessen Rotationsachse mit der Brennerachse (17) übereinstimmt aufweist,2. the swirl chamber ( 12 ), which has the shape of a rotation ellipsoid halved in the equator axis, the rotation axis of which coincides with the burner axis ( 17 ),

3. ein daran nach unten anschließender hauptsächlich kegelförmiger Führungstrichter (13) und3. a downward adjoining mainly conical guide funnel ( 13 ) and

4. die zylinderische Düsenöffnung (14).4. the cylindrical nozzle opening ( 14 ).

Der Führungstrichter (13) wird als hauptsächlich kegelförmig bezeichnet, weil er zweckmäßigerweise, auf der Abbildung nicht dargestellt, zu der Verwirbelungskammer (12) und der Düsenöffnung (14) gerundete Übergänge aufweist.The guide funnel ( 13 ) is said to be mainly conical because it expediently, not shown in the figure, has rounded transitions to the swirl chamber ( 12 ) and the nozzle opening ( 14 ).

Beim Betrieb wird das Schneidgas durch die Gaszuführung dem inneren Gasringraum (6) zugeleitet. Von dort aus strömt es durch Gasführungskanäle (11) in die Verwirbelungskammer (12).During operation, the cutting gas is fed to the inner gas annulus ( 6 ) through the gas supply. From there it flows through gas guide channels ( 11 ) into the swirl chamber ( 12 ).

Durch die Anordnung der Gasführungskanäle (11) unter einem Winkel wird das Gas in eine kreisende Bewegung versetzt. Aus der Überlagerung mit der in Richtung Düsenöffnung (14) gerichteten Abströmbewegung mit dieser kreisenden resultiert eine Spiralbahn der Gasströmung. Mit der Annäherung an die Düsenöffnung (14) expandiert der so entstandene Wirbel durch den infolge des Führungstrichters (13) größer werdenden Abstand zwischen Kathodenkappe (2) und Düse (5), so daß das Gas letztendlich als rotierender Strahl aus der Düsenöffnung (14) austritt. Beim Betrieb des Brenners wird das Zentrum dieses Wirbels durch einen Plasmafaden aus thermisch dissoziertem Schneidgas gebildet der durch einen zwischen Kathodenstift (8) und Werkstoff über dieses Plasma fließenden Strom gebildet so aufgeheizt wird, das aus der Peripherie der Verwirbelungskammer (12) nachströmende Gas in dem Maße wie es aus der Düse abströmt thermisch dissoziert wird, so daß wiederum die Voraussetzung für die Aufrechterhaltung des Plasmas gegeben ist.By arranging the gas guide channels ( 11 ) at an angle, the gas is set in a circular motion. The superimposition with the outflow movement directed in the direction of the nozzle opening ( 14 ) with this orbiting result in a spiral path of the gas flow. As the nozzle opening ( 14 ) approaches, the resulting vortex expands due to the greater distance between the cathode cap ( 2 ) and the nozzle ( 5 ) due to the guide funnel ( 13 ), so that the gas ultimately emerges as a rotating jet from the nozzle opening ( 14 ) exit. When the burner is in operation, the center of this vortex is formed by a plasma filament of thermally dissociated cutting gas which is heated by a current flowing between the cathode pin ( 8 ) and the material via this plasma so that the gas flowing in from the periphery of the swirl chamber ( 12 ) is heated Measurements of how it flows out of the nozzle is thermally dissociated, so that the prerequisite for maintaining the plasma is again given.

Zum Schutz vor Verletzungen ist ein derartiger Brenner durch eine zweiteilige Schutzhülse (18), die aus einem festen Gehäuseteil (18b) und Gehäusekappe (18a) besteht eingeschlossen. Während der festes Gehäuseteil (18b) mit Brenner und Handgriff fest verbunden ist, wird die Gehäusekappe (18a) lediglich auf ein die Mantelfläche der Düsenkappe (7) umschließendes äußeres Isolierstück (19) aufgesteckt. Die Gehäusekappe (18a) weist eine umlaufende Nut auf, in die eine ringförmige Feder eingeklemmt ist die die Gehäusekappe (18a) zu 75% umschließt und von deren Mitte sich eine weiter Feder bis zum der Düsenöffnung (14) entgegengesetzten Ende der Schutzhülse (18) reicht. Beide Federn bilden zusammen einen Sicherungsbügel (15), der einen Sicherungsschalter betätigt, dessen Schaltstößel (16) am der Düsenöffnung (14) entgegengesetzten Ende aus der Schutzhülse (18) herausragt, und der so geschaltet ist, daß nur bei aufliegendem Sicherungsbügel (15) ein Schneidstrom eingeschaltet werden kann.To protect against injuries, such a burner is enclosed by a two-part protective sleeve ( 18 ), which consists of a fixed housing part ( 18 b) and housing cap ( 18 a). While the fixed housing part ( 18 b) is firmly connected to the burner and handle, the housing cap ( 18 a) is merely plugged onto an outer insulating piece ( 19 ) surrounding the outer surface of the nozzle cap ( 7 ). The housing cap ( 18 a) has a circumferential groove, in which an annular spring is clamped, which encloses the housing cap ( 18 a) to 75% and from the center of which another spring extends to the end of the protective sleeve ( 14 ) opposite the nozzle opening ( 14 ). 18 ) is enough. Both springs together form a safety bracket ( 15 ), which actuates a safety switch, the switching plunger ( 16 ) of which protrudes from the protective sleeve ( 18 ) at the end opposite the nozzle opening ( 14 ), and which is switched so that only when the safety bracket ( 15 ) is lying on it a cutting current can be switched on.

Bei Arbeiten an der Kathodenkappe (2) oder der Düse (5) muß zuerst der Sicherungsbügel (15) und anschließend die Gehäusekappe (18a) abgezogen werden. Da bereits mit dem Abziehen des Sicherungsbügels (15) der Schaltstößel (16) des Sicherheitsschalters entlastet wird kann anschließend die Gehäusekappe (18a) gefahrlos abgezogen werden. When working on the cathode cap ( 2 ) or the nozzle ( 5 ), the safety bracket ( 15 ) and then the housing cap ( 18 a) must be removed. Since the switching plunger ( 16 ) of the safety switch is relieved already when the safety bracket ( 15 ) is removed, the housing cap ( 18 a) can then be removed safely.

BezugszeichenlisteReference list

Kathodenrohr 1
Kathodenkappe 2
oberes Isolierstück 3
unteres Isolierstück 4
Düse 5
Verschraubung 6
Düsenkappe 7
Kathodenstift 8
Klemmnut 9
Gasringraum 10
Gasführungskanäle 11
Verwirbelungskammer 12
Führungstrichter 13
Düsenöffnung 14
Sicherungsbügel 15
Schaltstößel 16
Brennerachse 17
Schutzhülse 18
festes Gehäuseteil 18a
Gehäusekappe 18b
äußeres Isolierstück 19.Cathode tube 1
Cathode cap 2
upper insulating piece 3
lower insulating piece 4
Nozzle 5
Screw connection 6
Nozzle cap 7
Cathode pin 8
Clamping groove 9
Gas annulus 10
Throttle ducts 11
Swirl chamber 12
Leading funnel 13
Nozzle opening 14
Safety bracket 15
Switch plunger 16
Burner axis 17
Protective sleeve 18
fixed housing part 18 a
Housing cap 18 b
outer insulating piece 19 .

Claims

1. Plasma cutting torch for cutting metallic materials using active and inert gases as plasma gas, consisting of a predominantly cylindrical cathode, which consists of a cathode tube and a replaceable cathode cap, which has a cathode pin centered on the nozzle side, with a water cooling arranged within this cathode and one of these Surrounding anode, which is conically tapered towards the nozzle opening, and an inner gas annular space which surrounds the cathode in a ring and which is connected to the gas feed line and is connected to gas guide channels on the cathode side, characterized in that

- The outer diameter of the cathode cap ( 2 ) is equal to the inner diameter of the lower insulating piece ( 4 ) surrounding it,
- Wherein in the jacket of the cathode cap ( 2 ) spiral gas guide channels ( 11 ) are arranged which emanate from the gas annulus ( 10 ) and end in a swirl chamber ( 12 ), and that
- A guide funnel ( 13 ) is present in the nozzle cap ( 7 ) between the swirling chamber ( 12 ) and the nozzle opening ( 14 ).

2. Plasma cutting torch for cutting metallic materials according to claim 1, characterized in that the gas guide channels ( 11 ) are arranged at an angle between 5 and 60 ° to the torch axis ( 17 ).

3. Plasma cutting torch for cutting metallic materials according to claim 1, characterized in that the gas guide channels ( 11 ) have a predominantly trapezoidal cross section.

4. Plasma cutting torch for cutting metallic materials according to claim 1, characterized in that the gas guide channels ( 11 ) have a predominantly triangular cross section.

5. Plasma cutting torch for cutting metallic materials according to claim 1, characterized in that the swirl chamber ( 12 ) has the shape of a hemisphere, the straight end of which is formed by the cathode cap ( 2 ) and the lower insulating piece ( 4 ).

6. Plasma cutting torch for cutting metallic materials according to claim 1, characterized in that the swirl chamber ( 12 ) has the shape of a halved rotation ellipsoid, the straight end of which is formed by the cathode cap ( 2 ) and the lower insulating piece ( 4 ).

7. Plasma cutting torch for cutting metallic materials according to claim 1, characterized in that the guide funnel ( 13 ) has the shape of a truncated cone, the smaller top of which corresponds to the diameter of the nozzle opening ( 14 ).

8. Plasma cutting torch for cutting metallic materials according to claim 1, characterized in that the guide funnel ( 13 ) has the shape of a rotating around the torch axis ( 17 ) in a quarter circle, the tangents at the edges with the inner surface of the nozzle opening ( 14 ) and the adjacent swirl chamber ( 12 ) match.

9. Plasma cutting torch for cutting metallic materials according to one of the preceding claims, characterized in that the torch is surrounded by a protective sleeve ( 18 ) which consists of a fixed housing part ( 18 b) connected to the handle and the torch and a housing cap ( 18 a) , wherein the housing cap is mounted (18 a) on an outer insulator (19) on the outer surface of the nozzle cap (7) and with a on the housing cap (18 a) fixed securing bracket (15) having one end on which the nozzle opening ( 14 ) lies opposite end of the protective sleeve ( 18 ), is secured against unwanted sliding down.

10. Plasma cutting torch for cutting metallic materials according to claim 9, characterized in that the insulating union at the opposite end has a switching plunger ( 16 ) of a safety switch which is pressed out of the housing by spring force and switches off the power supply to the torch in the extended state via known control elements , and that for operation of the burner, the safety bracket ( 15 ) rests on the switching plunger ( 16 ) that this is pressed into the housing.

11. Plasma cutting torch for cutting metallic materials according to the preceding claims, characterized in that the protective sleeve ( 18 a) has on its outer surface a circumferential clamping groove ( 9 ), in which a clamping spring engages, which is part of the safety bracket ( 15 ) that the nozzle cap ( 7 ) encloses 60 to 90%.