DE2912843A1

DE2912843A1 - Plasmabrenner, plasmabrenneranordnung und verfahren zur plasmaerzeugung

Info

Publication number: DE2912843A1
Application number: DE19792912843
Authority: DE
Inventors: Susumu Hiratake
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1978-09-28
Filing date: 1979-03-30
Publication date: 1980-04-10
Also published as: US4275287A; US4390772A; GB2030830A; GB2030830B; JPS5546266A

Description

BLUMBACH · WESER · BERSTEN*: KRAMER ZWIRNER . BREHM 29128*1

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DAIDOTOKUSHUKO KABÜSHIKIKAISHA

aza-Kuridashi, Hoshizaki-cho, Minami-ku, Nagoya-shi, Aichi-ken, Japan

Plasmabrenner, Plasmabrenneranordnung und Verfahren zur Plasmaerzeugung

Beschreibung:

Diese Erfindung betrifft einen Plasmabrenner, der einen Plasmastrahl in einem erweiterten Bereich erzeugt, in den zu behandelndes Material eingebracht wird; ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung eines Plasmas in einem solchen erweiterten Bereich.

Bei einem typischen bekannten Plasmabrenner strömt der Plasma-

MUnchen: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P.G. Blumbach Dipl.-Ing. . P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

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strahl stabförmig aus. Dieser Plasmastrahl weist eine sehr hohe Temperatur auf und bewegt sich exakt längs einer geraden linie, so daß dieser Plasmastrahl wirksam zur lokalen Erhitzung einer besonderen Stelle benutzt werden kann. Ein solcher Plasmabrenner ist sehr zweckmäßig, um lediglich lokal einen bestimmten Fleck eines großen Objektes zu erhitzen und lediglich das Material dieses Fleckes zu schmelzen.

Die Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, einen Plasmabrenner bereitzustellen, der einen flächenförmigen Plasmastrahl erzeugt. Die flächenförmige Ausdehnung des Plasmastrahles iihxt zu einem erweiterten Bereich der Abstrahlung, so daß zu einem gegebenen Zeitpunkt eine große Oberfläche eines Werkstückes erhitzt werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung im einzelnen mit Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 28 erläutert; es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Plasmabrenners;

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie H-H" aus Fig. 1;

Fig. 3 in einer schematischen Querschnittsdarsteilung die Wirkungsweise des Plasmabrenners nach Fig.1;

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Pig. 4 einen Querschnitt längs der linie IV-IV aus Pig. 3;

Pig. 5-1 bis 5-4 Schnittdarstellungen zur Erläuterung unterschiedlicher Ausführungsformen erfindungsgemäßer Plasmabrenner;

Pig. 6 bis 8 ausschnittsweise Schnittdarstellungen beispielhafter erfindungsgemäßer Plasmabrenner, bei denen der .Plasmastrahl in verschiedene Richtungen ausströmt;

Pig. 9 und 10 in Porm schematischer Darstellungen verschiedene Schaltungen zur Stromversorgung der Magnetspule;

Pig. 11 in schematischer Schnittdarstellung eine modifizierte Ausführungsform eines Magnetfeldgenerators j

Pig. 12 bis 15 beispielhafte Schaltungen für die Stromzuführung zur Erzeugung eines Plasmas;

Pig. 16 und 17 jeweils in schematischer Darstellung eine Vorrichtung mit einer Anzahl kombinierter Plasmabrenner; und

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Pig. 18 bis 28 verschiedene Möglichkeiten der Anwendung errfindungsgemäßer Plasmabrenner.

Mit den Pig. 1 bis 4 ist ein Plasmabrenner 11 dargestellt, der im wesentlichen aus dem Brennerkörper 12 und einem Magnetfeldgenerator 13 besteht. Zu dem Brennerkörper 12 gehören eine ringförmige Kathode 14 und zwei Düsenelemente 15, die an gegenüberliegenden Seiten der Kathode 14 koaxial dazu angeordnet sind. Die Kathode 14 besteht aus einem ringförmigen Körper 16 und einer ringförmigen Elektrode 17, die an der Innenumfangskante des Körpers 16 angebracht ist. Die Elektrode 17 weist eine Innenumfangskante 18 auf, Ton welcher ein Lichtbogen ausgeht. Da die Elektrode 17 eine Quelle für die Aussendung von Thermionen darstellt, soll diese Elektrode aus einem Material mit hohem Schmelzpunkt bestehen, das eine große Anzahl von Thermionen aussenden kann; beispielsweise besteht die Elektrode aus thoriumhaltigern Wolfram. Der Kathodenkörper 16 ist von einem Wasserdurchlaß 19 durchbohrt, durch den Wasser zirkuliert wird, um die Elektrode 17 zu kühlen. Der Wasserdurchlaß 19 ist ringförmig ausgebildet und umschließt die Elektrode 17. Der Kathodenkörper 16 weist an seinem Außenumfang einen Wassereinlaß 20 auf, der zu dem Wasserdurchlaß 19 führt. Der Wassereinlaß 20 ist mit :einer Schraubverbindung versehen,an welche ein entsprechendes (nicht dargestelltes) Rohr zur Wasserzirkulation angeschlossen werden kann. Peraer ist am Kathodenkörper 16 ein Anschluß 21 vorgesehen, über den die Verbindung zu einer Stromquelle hergestellt wird.

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Die Düsenelemente 15 bestehen aus einem Material, das hohen Schmelzpunkt und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, wie etwa Kupfer. Jedes Düsenelement 15 ist wegen eines ringförmigen Isolators 14 etwas im Abstand zur Kathode 14 angeordnet. Die Düsenelemente 15 werden von Halteschrauben 22 zusammengehalten. Jedes Düsenelement 15 weist eine Innenumfangskante 25 auf, welche über die Innenumfangskante 18 der Elektrode 17 hängt, bzw. über diese vorsteht, wie das am besten der Pig. 1 zu entnehmen ist. Die Innenumfangskanten 25 der beiden Düsenelemente 15 begrenzen zusammen mit der Elektrode 17 eine ringförmige Öffnung 26, die ihrerseits mit einem Gasdurchlaß 23 in Verbindung steht, der zwischen der Kathode 14 und jedem Düsenelement 15 gebildet ist. Der Kathodenkörper 16 ist von einem ringförmigen Gasdurchlaß 29 durchbohrt, der über eine Anzahl von Bohrungen 30 mit den Gasdurchlassen 23 in Verbindung steht. Ferner weist der Kathodenkörper 16 an seinem Außenumfang einen Gaseinlaß 31 auf, der zu dem Gasdurchlaß 29 führt. Der Gaseinlaß 31 ist mit einem Gewinde versehen und kann an eine entsprechende (nicht dargestellte) Gasleitung angeschlossen werden, um durch die Gasdurchlässe 29 und 23 hindurch der ringförmigen Öffnung 26 vor der Elektrode 17 Gas zuzuführen. Jedes Düsenelement 15 ist von einem ringförmigen Wasserkanal 27 durchbohrt, durch den Wasser zur Kühlung der Innenumfangskante 25 zirkuliert. Jedes Düsenelement 15 weist ferner an seinem Außenumfang einen Wassereinlaß 28 auf, der zu dem Wasserkanal 27 führt. Der Waseereinlaß 28 ist mit einer Schraubverbindung versehen, um ein entsprechend ausgebildetes (nicht dargestelltes) Wasserrohr anzuschließen, um Wasser durch den Wasserkanal 27 zu zirkulieren.

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Zu dem Magnetfeldgenerator 13 gehören zwei ringförmige Spulenhalterungen 33 aus elektrisch isolierendem Material, die koaxial zum Brennerkörper 12 an gegenüberliegenden Seiten des Brennerkörpers angeordnet sind. Jede Spulenhalterung 33 trägt eine Magnetspule 34. Jede Magnetspule 34 weist einen Magnetkern 35 aus magnetischem Material wie etwa "Permalloy" auf. Die beiden Magnetkerne 35 sind durch einen zylindrischen Kern 36 zusammengehalten, der ebenfalls aus magnetischem Material besteht. Die Magnetkerne 35 und 36 bilden einen Magnetpfad in dem Magnetfeldgenerator 13. Jeder Magnetkern 35 ist von einem ringförmigen Wasserkanal 37 durchbohrt; ferner weist jeder Magnetkern 35 an seinem Außenumfang einen Wassereinlaß 38 auf, der zu dem Wasserdurchlaß 37 führt. Der Wassereinlaß 38 weist ein Gewinde auf, um über eine Schraubverbindung ein (nicht dargestelltes) Wasserrohr anzuschließen, um Wasser durch den Wasserkanal 37 zu zirkulieren. Zwischen jedem Düsenelement 15 und dem entsprechenden Magnetkern 35 ist ein Hitzeschild 39 angeordnet. Der Hitzeschild 39 besteht aus einem wärmedämmenden Material wie etwa Aluminiumoxid.

Um den Plasmabrenner 11 betriebsbereit zu machen, werden die Magnetspulen 34 elektrisch mit einer Stromquelle 45 verbunden, um den Spulen 34 elektrischen Strom zuzuführen, wie das in Eig. 3 dargestellt ist. Der Plasmabrenner 11 weist eine in axialer Richtung ausgesparte zylindrische Kammer 41 auf, in welcher sich das zu behandelnde Material 43 befindet. Eine Stromquelle 46 zur Zuführung von Gleichstrom sowie ein Hoch-

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frequenzgenerator 47 zur Zündung sind elektrisch an die Kathode 14 und an das zu "behandelnde Material 43 angeschlossen. Sofern das zu behandelnde Material 43 als Anode dienen soll, ist der positive Anschluß der Stromquelle 46 elektrisch über ein VtLderstandselement 48 an das Düsenelement 15 angeschlossen, um dem Düsenelement 15 einen Steuerstrom zuzuführen. Während des Betriebes wird den Magnetspulen 34 Gleichstrom von der Stromquelle 45 zugefhrt, um quer zu der ringförmigen Öffnung 26 in dem Brennerkörper 12 ein Magnetfeld zu erzeugen, das in der mittels den Pfeilen H in Pig. 3 angedeuteten Richtung oder in der dazu entgegengesetzten Richtung ausgerichtet ist, so daß das Magnetfeld senkrecht zu derjenigen Richtung verläuft, in welcher der Plasmastrahl ausströmt, wie das nachfolgend beschrieben wird.

Ein zur Bildung des Plasmas vorgesehenes Gas wie etwa Argon, Wasserstoff oder Stickstoff, wird durch den Gaseinlaß 31 eingeführt und strömt durch die ringförmige Öffnung 26 hindurch in Richtung auf die Achse der Elektrode 17 zu aus. Gleichzeitig wird Gleichstrom der Kathode 14 und dem zu behandelnden Material 43 zugeführt, wobei das zu behandelnde Material 43 als positive Elektrode geschaltet ist.Vom Hochfrequenzgenerator 47 wird eine hochfrequente Spannung in der Größenordnung von mehreren 1000 V geliefert und an die Kathode 14 sowie in bekannter Weise über das Widerstandselement 48 an die Düsenelemente 15 angelegt, um eine Hochfrequenzentladung zwischen der Kathode 14 und den Düsenelementen 15 zu erzeugen, so daß ein Zündlichtbogen längs der

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Innenumfangskante 18 der Electrode 17 erzeugt wird. Das zu behandelnde Material 43 wird in bekannter Weise näher an den Zündlichtbogen herangebracht, um den Hauptlichtbogen zu erzeugen, der von der ringförmigen Öffnung 26 längs der Innenumfangskante der Kathode 14 zu dem zu behandelnden Material 45 verläuft. Um das Material 43 näher an den Zündlichtbogen heranzubringen* kann das Material mechanisch in Querrichtung verschoben werden. Weiterhin ist es möglich, einen bekannten Zündstab zu verwenden. Alternativ kann das zu behandelnde Material 43 einen Abschnitt mit größerem Durchmesser aufweisen, der zum Zeitpunkt der Zündung gegenüber der Innenumfangskante 18 der Elektrode 17 angeordnet wird. Der auf diese Weise von einem Abschnitt der Innenumfangskante 18 der ringförmigen Elektrode 17 ausgehende und durch die ringförmige Öffnung 26 reichende Hauptlichtbogen wird unmittelbar daraufhin unter dem Einfluß des quer zu der ringförmigen Öffnung 26 verlaufenden Magnetfeldes dazu gebracht, längs der Innenumfangskante 18 der Elektrode 17 zu rotieren. Die Rotation des Lichtbogens gewährleistet das Ausströmen eines Plasmastrahls 40, der sich von der Innenumfangskante 18 der Elektrode 17 radial nach innen über einen ringförmigen Bereich 42 ausbreitet, der eine einheitliche Temperaturverteilung aufweist, so daß in diesem Bereich das Material 43 wirksam erhitzt werden kann.

Die Rotati ons geschwindigkeit des Iiichtbogens soll so eingestellt werden, daß sie an die jeweilige besondere Anwendung des Plasmabrenners angepaßt ist; im einzelnen hängt diese Rotationsgeschwindigkeit von der Ampeiezahl des Plasmas, von der Stärke

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des von dem Magnetfeldgenerator erzeugten Magnetfeldes, vom Durchsatz des zur Erzeugung des Plasmas eingeführten Gases und von dem Abstand zwischen der Kathode und der Anode oder dem zu behandelnden Material ab.

Die oben beschriebene Rotation des Lichtbogens führt dazu, daß ein Punkt der Bogenentladung längs der Innenumfangskante der Elektrode 17 wandert. Dies erlaubt eine einheitliche Erwärmung der gesamten Innenumfangskante 18 der Elektrode 17, was wiederum zu einer Yergrößerung desjenigen Bereichs führt, aus dem Thermionen austreten, wodurch es möglich wird, selbst bei relativ niedriger Temperatur eine ausreichend hohe Amperezahl im Plasma aufrechtzuerhalten. Nach Beginn der Lichtbogenentladung längs der gesamten Innenumfangskante 18 kann die Zuführung von elektrischem Strom zur Aufrechterhaltung des Magnetfeldes unterbrochen werden, nachdem die Innenumfangskante 18 eine ausreichend hohe Temperatur aufweist, um eine beständige Lichtbogenentladung von der Innenumfangskante 18 aus zu gewährleisten.

Da die Innenumfangskante 18, von welcher der Lichtbogen ausgeht, bei relativ niedriger Temperatur gehalten werden kann, kann der erfindungsgemäße Plasmabrenner zur Erzeugung eines Plasmas aus einem Gas verwendet werden, das einen höheren Anteil an aktivem Gas enthält, als das mit einem bekannten Brenner möglich ist, ohne daß es zu einem erhöhten Abrieb der Kathode als Folge der Reaktion mit dem aktiven Gas kommt.

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Zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ferner eine Gasabschirmplatte 44 gehören, die einen Teil der ringförmig en Öffnung 26 abschirmt, wie das in Pig. 4 dargestellt ist, um innerhalb der zylindrischen Kammer 41 einen nicht betriebsfähigen Bereich 49 zu schaffen, welcher den ringförmigen Bereich 42 begrenzt, um einen Raum zur Behandlung eines bestimmten Ausschnittes zu schaffen. Diese Begrenzung des Behandlungsraumes ist zweckmäßig für die partielle Erhitzung des zu behandelnden Materials 43.

Obwohl sowohl die Stromquelle 45 wie die Stromquelle 46 als Grleichstromquelle beschrieben worden sind, ist es in gleicher Weise möglich, statt dessen Stromquellen zu verwenden, die gegenseitig synchronisierten Wechselstrom liefern.

Nachfolgend wird mit Bezugnahme auf die Fig. 5-1 bis 5-3 eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Plasmabrenners erläutert. Diese Ausführungsform weist einen Brennerkörper 12e und einen Magnetfeldgenerätor 13e auf. Zu dem Brennerkörper 12e gehört eine in Form eines länglichen Rohres ausgebildete Innendüse 115 mit einer sich über deren gesamte Länge erstreckenden axialen Bohrung 51. Die Innendüse 115 weist einen Körper 115a aus magnetischem Material und ein .Düsenelement 115b aus Kupfer auf, das mit einem Ende mit dem Düsenkörper 115a verbunden ist. Eine Außendüse 116 in der Form eines Hohlzylinders umgibt die Innendüse 115 in dazu koaxialer Ausrichtung; diese Außendüse 116 weist einen Hauptkörper 116a und ein Düsenelement 116b aus Kupfer auf, das mit einem Ende mit dem Hauptkörper 116a verbun-

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den ist. Das Düsenelement 116b der Außendüse 116 weist ein unteres Ende mit einer Innenwandfläche in Form eines Kegelstumpfes auf. Das untere Ende des Düsenelementes 116b begrenzt zusammen mit dem unteren Ende des Innendüsenelementes 115b eine ringförmige Öffnung 26e, durch welche ein Lichtbogen 4Oe ausströmt. Wegen der Ausbildung des unteren Endes des Außendüsenelementes 116b liegt die ringförmige Öffnung 26e nicht in einer Ebene; vielmehr liegt diese ringförmige Öffnung 26e in einer gekrümmten Fläche in der Form eines Kugelausschnittes. Auf diese Weise ist jeder Abschnitt der ringförmigen Öffnung 26e unter einem Winkel zu einer linie ausgerichtet, die längs der Längsachse der Innendüse 115 verläuft, so daß der von der ringförmigen Öffnung 26e ausgehende Lichtbogen 4Oe die Form eines Trichters oder eine im Querschnitt V-förmige Gestalt annimmt, wie das in Fig. 5-1 dargestellt ist. Zu dem Plasmabrenner gehört weiterhin eine hohlzylinderförmige Kathode 14e, die zwischen der Innendüse 115 und der Außendüse 116 koaxial damit angeordnet ist. Der Hauptkörper 115a der Innendüse 115 erstreckt sich bis in eine Magnetspule 34e des Magnetfeldgenerators 13e und dient als Magnetspule zur Weiterleitung des von der Spule 34e erzeugten Magnetfeldes bis in die ringförmige Öffnung 26e.

Die Fig. 5-2 und 5-3 zeigen weitere Einzelheiten des Brennerkörpers 12e in größerer Darstellung; im einzelnen besteht auch die Kathode 14e aus einem Hauptkörper I6e und einer Elektrode 17e, die mit einem Ende mit dem Hauptkörper 16e verbunden ist. Die Elektrode 17e läßt sich von dem Hauptkörper 16e entfernen, um

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den Austausch der Elektrode 17e nach deren Abnutzung zu erleichtern. Aus dem gleichen Grund ist das Düsenelement 115b vom Hauptkörper 115a der Innendüse 115 sowie das Düsenelement 116b vom Hauptkörper 116a der Außendüse 116 entfernbar ausgebildet. Durch die Kathode 14e führt ein Wasserkanal I9e, durch die Innendüse 115 ein Wasserkanal 117 und durch die Außendüse 116ein Wasserkanal 118, um Kühlwasser zu zirkulieren.

Zwischen der Innendüse 115 und der Kathode I4e ist ein zylindrischer Abstandshalter 120 angeordnet, um diese beiden Bauteile im vorgesehenen Abstand zueinander zu halten, Der Abstandshalter 120 dient auch zur Stabilisierung der Gasströmung durch einen Gasdurchlaß 23e und verhindert, daß eine Hochfrequenzentladung zwischen der Innendüse 115 und der Kathode 14e auftritt. Der Abstandshalter 120 besteht aus. einem elektrisch isolierenden Material, wie etwa Polytetrafluoräthylen ("Teflon"). Wie aus Fig. 5-3 ersichtlich, weist der Abstandshalter 120 eine Anzahl von in Längsrichtung verlaufenden Nuten 120a auf, durch welche Gas strömt, um die Gasströmung durch den Gasdurchlaß 23e zu stabilisieren. Solch ein Abstandshalter aus elektrisch isolierendem Material ist vorzugsweise längs der gesamten Länge des Gasdurchlasses 23e vorgesehen. Die Innendüse 115 ist weiterhin von einer wärmeabschirmenden Hülse 121 umgeben, die sich unterhalb des Abstandshalters 120 in unmittelbarer Nähe dazu befindet, um die Wärme eines Lichtbogens abzuschirmen. Die Hülse 121 besteht vorzugsweise aus einem besonders wärmebeständigen Ma-

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terial wie beispielsweise Bornitrid. Ein anderer zylindrischer Abstandshalter 122 ist zwischen der Kathode 14-e und der Außendüse 116 angeordnet und weist eine Anzahl von in Längsrichtung verlaufenden Nuten 122a auf. Der Abstandshalter 122 ist aus den gleichen Gründen vorgesehen, die oben in Verbindung mit dem Abstandshalter 120 angegeben worden sind.

Die relativen Anordnungen und Abmessungen der unteren Enden der Innendüse 115* der Außendüse 116 und der Kathode 14-e, wie sie in Fig. 5-2 mit a, b, c und d bezeichnet sind, hängen von der zulässigen Stromstärke ab, für welche der Brenner ausgelegt ist; vorzugsweise sollen diese Parameter die nachfolgenden Bedingungen erfüllen, um einen stabilisierten Lichtbogen zu gewährleisten:

0,96b

Der mit I¹Ig. 5-1 dargestellte Plasmabrenner wird in ähnlicher Weise betrieben, wie der Plasmabrenner nach Fig. 1, um einen Plasmalichtbogen 4Oe zu erzeugen. Das vom Magnetfeldgenerator 15e erzeugte Magnetfeld wird von dem aus einem magnetischen Material bestehenden Hauptkörper 115a der Innendüse 115 zu der ringförmigen öffnung 26e weitergeleitet. Unter diesen Bedingungen" wird der austretende Plasmalichtbogen 4Oe dazu gebracht, in der Nähe der ringförmigen öffnung 26e zu rotieren, so daß ein trichterförmiger Lichtbogen gebildet wird. Vorzugs-

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weise-wird Gas so in den Gasdurchlaß 23e eingebracht, daß dieses beim Austritt durch die ringförmige öffnung 26e in der gleichen Richtung wie der Lichtbogen rotiert, um dadurch die Rotation des Lichtbogens zu verstärken.

Der auf diese Weise erzeugte Lichtbogen kann für verschiedene Anwendungen vorgesehen werden, wie sie nachfolgend aufgeführt sind.

(1) Erzeugung eines Plasmas aus aktivem Gas:

Hierbei wird das in ein Plasma umzuwandelnde aktive Gas durch die axiale Bohrung 51 der Innendüse 11-5 eingeführt und zum Grund des trichterförmigen Lichtbogens 4-Oe geblasen, wo das aktive Gas von dem Lichtbogen 4-Oe auf eine hohe Temperatur erhitzt und in ein Plasma umgewandelt wird. Die Kathode 14-e wird von dem durch die axiale Bohrung 51 geblasenen Gas überhaupt, nicht berührt und weist dadurch über eine verlängerte Zeitspanne eine hohe Dauerhaftigkeit auf, ohne daß eine Korrosion durch irgendein solches aktives Gas auftritt.

Nach einem Gesichtspunkt der Erfindung wird das aktive Gas in das Zentrum des Lichtbogens eingeführt, so daß das gesamte eingeführte Gas in ein Plasma umgewandelt werden kann. Hierbei ist es möglich, ein Plasma aus Sauerstoff zu erzeugen, das vorteilhaft zum Hochtemperaturfrischen eingesetzt werden kann, insbesondere zur Entkohlung bei

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der Herstellung von äußerst kohlenstoffarmem Stahl. Es ist weiterhin möglich, ein hohe Temperatur aufweisendes, aktives Reduktionsgas zu erhalten, indem ein Plasma aus Kohlenmonoxid erzeugt oder Dampf und Kohlendioxid in ein Reduktionsgas (durch Zersetzung in Wasserstoff und Kohlenmonoxid) umgewandelt werden. Ein solches Reduktionsgas ist für die verstärkte Reduktionsbehandlung von Erzen und geschmolzenen Metallen geeignet.

(2) Wärmebehandlung eines fluiden Mediums, wie etwa von feinem Pulver, Flüssigkeit und Gas.

Das der Wärmebehandlung auszusetzende fluide Medium wird durch die axiale Bohrung 51 der Innendüse 115 in den Grund des trichterförmigen Lichtbogens 4Oe eingebracht. Das fluide Medium kann direkt durch die axiale Bohrung 51 geführt werden, oder alternativ dazu kann ein reaktives Gas als Träger für das fluide Medium vorgesehen werden. Die erfindungsgemäße Wärmebehandlung eines fluiden Mediums kann für eine Reihe von Anwendungen zweckmäßig sein, zu denen beispielsweise die nachfolgenden Anwendungen gehören:

(a) das thermische Cracken von pulverisierter Kohle oder von Schweröl zur Erzeugung eines kalorienreichen Gases;

(b) die Erzeugung einer Verbindung aus Metallpulver und einem Gas (beispielsweise nach der Reaktion

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Al + 1/2 H"₂ —*> ;

(c) die Reduktion von Metalloxiden wie etwa ΡβρΟ,, VOc, -NiO und Al^O, zu den entsprechenden Metallen; und

(d) die Erzeugung ultrafeiner Pulver und die Umwandlung der Partikel in Kügelchen, etwa · zum Kugelglühen.

Nach diesem Gesichtspunkt der Erfindung kann das zu "behandelnde fluide Medium vorteilhaft in das Zentrum des Plasmas eingeführt werden, um dort höchst wirksam und gleichförmig die vorgesehene Behandlung durchzuführen.

(3) Das Schlackenfrischen von Metall bei hoher Temperatur.

Hierzu wird eine Schlacke wie etwa CaO von einem Inertgas befördert durch die Axialbohrung 51 der Innendüse eingeführt. Die Schlacke wird von dem Plasma zu gasförmigen Komponenten verdampft, und diese Gase oder Dämpfe werden in das Metallgefäß eines Schmelzofens eingeführt. Das Plasma kann die Schlacke leicht auf eine oberhalb vom Schmelzpunkt liegende Temperatur erwärmen, wodurch das Schlackefrischen von Metall bei hoher Temperatur gefördert wird. Diese Erfindung erlaubt vorteilhafterweise die Aufheizung der gesamten in die Vorrichtung eingeführten Schlacke, ohne daß die Vorrichtung durch die Schlacke beschädigt oder beeinträchtigt wird.

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(4·) Oberflächenbehandlung von Metall oder dergleichen mittels Sprühen oder Spritzen.

Hierzu wird das Material, das auf einem Gegenstand aufgebracht werden soll, durch die Innendüse ausgestoßen und auf die Oberfläche des Gegenstandes gesprüht, um diesen zu beschichten, mit einem Überzug, einer Polsterung zu versehen oder um eine sonstige Oberflächenbehandlung durchzuführen. Ohne daß der erfindungsgemäße Plasmabrenner in irgendeiner Weise beschädigt oder beeinträchtigt wird, kann der Brenner das gesamte zu versprühende Material einheitlich auf die für die beabsichtigte Oberflächenbehandlung optimale Temperatur erhitzen. Damit gewährleistet der erfindungsgemäße Plasmabrenner eine hohe Produktivität bei gleichmäßiger Oberflächenbehandlung.

Mit Fig. 5-4 ist ein Ausschnitt einer modifizierten Ausführungsform eines Magnetfeldgenerators dargestellt, insbesondere dessen Magnetspule. Bei dieser Ausführungsform ist die Magnetspule 34-e durch eine Magnetspule 134· ersetzt, welche durch Einschneiden einer spiralförmigen Nut 125 in einen Abschnitt des Hauptkörpers I6e der Kathode 14-e erzeugt worden ist. Bei der Zuführung von elektrischem Strom erzeugt die Spule 134 ein Magnetfeld.

Bei einer weiteren Alternative der Ausbildung des Magnetfeldgenerators kann die Innendüse 115 selbst aus einem Permanentmagneten bestehen, oder ein räumlich getrennter Permanentmagnet

kann in der Nähe der Innendüse 115 angeordnet sein. Weiterhin kann die Magnetspule entweder an der Innenseite oder an der Außenseite der Kathode 14e angeordnet sein. Parüberhinaus kann die Magnetspule in der Weise angeordnet sein, daß sie den Brennerkörper 12e umgibt.

Mit den Figuren 6 bis 8 sind einige wenige Beispiele solcher Ausführungen erfindungsgemäßer Plasmabrenner dargestellt, die zur Abgabe eines Lichtbogens in verschiedenen Richtungen vorgesehen sind. Wie den Zeichnungen leicht zu entnehmen ist, tritt beim Plasmabrenner 11f nach Fig. 6 der Lichtbogen durch die ringförmige öffnung 26f schräg unter einem Winkel zur Längsachse des Brennerkörpers 12f aus. Beim Plasmabrenner 11g nach Fig. 7 tritt der Lichtbogen durch die ringförmige öffnung 26g schräg nach außen gerichtet aus. Schließlich tritt beim Plasmabrenner 11h nach Fig. 8 der Lichtbogen durch dessen ringförmige Öffnung 26h horizontal nach außen gerichtet in einer Richtung aus, die völlig entgegengesetzt zur Ausströmrichtung des Lichtbogens beim Plasmabrenner 11 nach Fig. 1 verläuft.

Mit den Figuren 9 und 10 ist jeweils in schematischer Darstellung eine modifizierte Schaltung dargestellt, die zur Zuführung von elektrischem Strom zu der Magnetspule 34 bestimmt ist. Beim Stromkreis nach Fig. 9 fließt der gesamte elektrische Strom über die Kathode 14, und das zu erhitzende Material 43 ist an die Magnetspule 3^ angeschlossen; demgegenüber wird beim Stromkreis nach Fig. 10 der von der Stromquelle

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gelieferte elektrische Strom über ein Widerstandselement 53 der Spule 34- zugeführt.

Mit Fig. 11 ist ein Plasmabrenner 11i mit einem modifizierten Magnetfeldgenerator 13i dargestellt. Der Magnetfeldgenerator 13i weist eine Magnetspule 34i und einen Magnetkern aus magnetischem Material auf. Ein Ende 55a des Kernes 55 ist in ein Düsenelement 15i eingebettet, um ein Magnetfeld quer zur ringförmigen öffnung 26i in_€ der mit dem Pfeil Hi angedeuteten Richtung zu erzeugen. Sofern das angestrebt wird, kann das Düsenelement 15i aus magnetischem Material bestehen, um selbst als ein Teil (das Ende 55a) des Magnetkernes 55 zu dienen.

Mit den Figuren 12 bis 15 sind verschiedene Beispiele modifizierter Schaltbilder dargestellt, die erläutern, in welcher Form der elektrische Strom zur Erzeugung eines Plasmas zugeführt wird. Beim Schaltbild nach Fig. 12 sind sowohl die Kathode 14· wie die Düsenelemente 15 direkt elektrisch mit der Stromquelle 4-6 verbunden. Dieses Schaltbild nach Fig. 12 stellt einai modifiziertei elektrischen Anschluß des Plasmabrenners nach Fig. 1 dar. Fig. 13 zeigt ein modifiziertes elektrisches Schaltbild für den Brenner nach Fig. 5-1, wobei die Kathode I4e elektrisch mit dem negativen Anschluß der Stromquelle 46 verbunden ist, während die Außendüse 116 und das zu behandelnde Material 43 über die Widerstandselemente 57 und 58 mit dem positiven Anschluß der Stromquelle 46 verbunden sind. Die Fig. 14 zeigt ein Schaltbild für den

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Plasmabrenner 11 nach Fig. 1, wobei die Kathode 14 elektrisch mit dem negativen Anschluß der Stromquelle 46 verbunden ist, während das zu behandelnde Material 43 mit dem positiven Anschluß der Stromquelle 46 verbunden ist. Eine Wechselstrom liefernde Stromquelle 59 ist an die beiden Düsenelemente 15 angeschlossen. Die I'ig. 15 zeigt ein Schaltbild für zwei Plasmabrenner 11, die gemeinsam betrieben werden. Jeder Brennerkörper 12 ist elektrisch in der mit I'ig. 12 dargestellten Weise an die Stromquelle 46 angeschlossen. Eine Wechselstrom liefernde Stromquelle 61 ist über die Düsenelemente 15 jedes Brenners 11 angeschlossen.

Mit den Figuren 16 und 17 ist jeweils eine weitere Vorrichtung dargestellt, die eine Anzahl von Plasmabrennern aufweist. Bei der Vorrichtung nach Fig. 16 ist ein Plasmabrenner 63 von bekanntem Aufbau koaxial mit einem nach Fig. 6 aufgebauten Plasmabrenner 11f angeordnet. Zu dem Plasmabrenner 63 gehört eine stabförmige Kathode 64 und eine diese Kathode 64 umgebende zylindrische Düse 65· Eine (hauptsächlich Gleichstrom liefernde) Stromquelle 67 ist einerseits mit der Kathode 64 und andererseits mit dem zu behandelnden Material 43 verbunden. Die zylindrische Düse 65 begrenzt eine kreisförmige Öffnung 66, die koaxial zur ringförmigen Öffnung 26f des Plasmabrenners 11f angeordnet ist. Das zu behandelnde Material 43 ist so angeordnet, daß es gleichzeitig von den beiden Lichtbogen 40 und 68 beaufschlagt wird, wobei der Lichtbogen 40 durch die ringförmige Öffnung 26f des Plasmabrenners 11 ausströmt und der Lichtbogen 68 durch die öffnung 66 des Plasma-

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brenners 63 ausströmt. Bei der Vorrichtung nach Fig. 17 ist ein bekannter Plasmabrenner 63 (von dem in Fig. 16 dargestellten Aufbau) koaxial zu einem nach Fig. 1 aufgebauten Plasmabrenner 11 angeordnet. Die Stromquelle 46 ist einerseits an die Kathode 14 des Plasmabrenners 11 und andererseits an die Kathode 64 des Plasmabrenners 63 angeschlossen. Die Stromquelle 67 ist einerseits an die Kathode 64 und andererseits an die Düse 65 des Plasmabrenners 63 angeschlossen.

Mit Bezugnahme auf die Figuren 18 bis 28 werden verschiedene Anwendungsmöglichkeiten erläutert, bei denen die erfindungsgemäßen Plasmabrenner vorteilhaft eingesetzt werden können. Bei der Anordnung nach Fig. 18 wird der Plasmabrenner 11 nach Fig. 1 zum koaxialen Verschweißen von zwei Rohren 70 und 71 verwendet. Bei der Darstellung nach Fig. 19 dient der Plasmabrenner 11 nach Fig. 1 zum Schneiden einer Stange 72. Bei der Darstellung nach Fig. 20 wird der Plasmabrenner 11 nach Fig.1 zum Aufsprühen von Beschxchtungsmaterial auf das zu behandelnde Material 43 eingesetzt. Das Beschxchtungsmaterial kann gemeinsam mit einem in das Plasma umzuwandeirden Gas durch einen zwischen der Kathode 14 und den Düsenelementen 15 vorgesehenen Durchlaß eingeführt werden; alternativ dazu kann das Beschxchtungsmaterial von einem Trägergas durch einen Durchlaß transportiert werden, der in die Düsenelemente 15 gebohrt ist und in einer Strömungsverbindung mit der ringförmigen Öffnung 26 des Brenners 11 steht. Ein Plasma kann vorteilhafterweise aus Stickstoff oder Methan erzeugt werden, um die

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Oberfläche des zu behandelnden Materials 43 zu nitrieren oder zu karbonisieren.

Die Anwendung nach Ifig·" 21 zeigt den Plasmabrenner 11 nach i'ig. 1 zum Härten einer Walze 73· Die Walze 73 wird während ihrer Verschiebung durch den Plasmabrenner 11 in Richtung des Pfeiles 74 vom Plasma 40 erwärmt und im Anschluß daran mit einem von der Kühlvorrichtung 75 gelieferten Wasserstrahl 76 rasch abgekühlt. Die i'ig«. 22 zeigt einen Plasmabrenner 11j, der in der Weise ausgebildet ist, daß ein Plasma parallel zu den Längsachsen des Brenners ausströmt. Der Plasmabrenner 11j wird zum Schneiden eines Loches in eine Platte 77 verwendet.

Die I'ig. 23 erläutert die Anwendung des Plasmabrenners 11f nach Fig. 6 zum Schmelzen von Metall. Hierbei enthält ein in bekannter Weise aufgebauter und mit hochschmelzendem Material ausgekleideter Schmelzofen 80 das zu schmelzende Material 81. Am Boden des Ofenkörpers 80 ist eine Elektrode 82 angeordnet, um die Zuführung von elektrischem Strom zu dem zu schmelzenden Material 81 zu gewährleisten. Der Plasmabrenner 11f ist an der Ofendecke 83 befestigt, die ihrerseits für eine vertikale Verschiebung auf den Ofenkörper zu und von diesem weg ausgelegt ist. In der Mitte der Ofendecke 83 ist eine öffnung 84 ausgespart, durch welche eine Legierung in den Ofenkörper 80 eingeworfen werden kann; üblicherweise ist die öffnung 84 mit dem Deckel 85 verschlossen. Bei der Darstellung nach Pig. 23 strömt aus der Auslaß-

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öffnung des Plasmabrenners 11f mit ringförmiger öffnung ein Plasmastrahl über einen erweiterten Oberflächenbereich des zu schmelzenden Materials 81 aus, so daß eine merklich gesteigerte Erhitzung des Materials 81 erhalten wird und dieses rasch auf eine einheitliche Temperatur gebracht wird.

Bei der Darstellung nach Iig. 24 wird der Plasmabrenner 11f nach Fig. 6 zum erneuten Schmelzen eines Stabes 95 verwendet. Der Viedereinschmelzofen 91 weist einen Tiegel 92 auf, der in bekannter Weise aus Kupfer besteht und mit Wasser gekühlt ist. Ein Stabhalter 94· ist in vertikaler Richtung verschieblich und trägt an seinem unteren Ende den Stab 95· Aus dem Plasmabrenner 11f strömt ein Plasmastrahl 40 aus, welcher das untere Ende des Stabes 95 zum Schmelzen bringt 4 das geschmolzene Metall des Stabes 95 tropft in den Tiegel 92. In dem Ausmaß, in dem das untere Ende abschmilzt, wird der Stab

95 allmählich abgesenkt, so daß sich ein Bad 96 aus geschmolzenem Metall in dem Tiegel 92 bildet. Das geschmolzene Metall

96 verfestigt sich bei der Abkühlung in dem wassergekühlten Tiegel 92, und der Boden 93 des Tiegels 92 wird allmählich an das Abschmelzen des Stabes 95 angepaßt abgesenkt, so daß schließlich ein Block 97 aus verfestigtem geschmolzenem Metall 96 nach unten abgezogen wird. Sofern erforderlich, ist der Tiegel 92 von einer Spule 98 umgeben, um das geschmolzene Metall 96 elektrisch zu heizen oder umzurühren. Die Spule 98 kann zweckmäßigerweise auch anstelle der Magnetspule 3^ vorgesehen sein, sofern die Spule 98 zur Erzeugung eines Magnetfeldes ausgelegt ist, welches die ringförmige

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öffnung 26f des Plasmabrenners Hf erreicht und dort eine Rotation des Lichtbogens 40 verursacht, wie das oben beschrieben ist.

Mit Fig. 25 ist eine weitere Anwendung dieser Erfindung dargestellt, mit welcher eine Reaktion zwischen Teilchen beabsichtigt ist. Hierzu ist ein Reaktor 100 mit einem Stapel von koaxial angeordneten Brennerkörpern 12 des Aufbaus nach Fig. 1 vorgesehen; weiterhin gehört dazu ein Plasmabrenner des Aufbaus nach Fig. 17, der mittig in Richtung der Längsachse des Stapels aus Brennerkörpern 12 angeordnet ist. Eine Magnetspule 101 umgibt den Brennerstapel, um quer zu den ringförmigen öffnungen 26 jedes Brennerkörpers 12 einMagnetfeld zu erzeugen. Der Reaktor 100 weist eine Anzahl von Einlaßöffnungen 102 auf, durch welche die zu behandelnden Teilchen eingeführt werden. Die Teilchen werden von einem, aus dem Plasmabrenner austretenden Plasmastrahl 40 aufgeheizt und damit zur Reaktion gebracht. Das Reaktionsprodukt 103 sammelt sich am Boden des Reaktors 100 an. Da (jeder der Brenner eine aktive Zone 42 mit einheitlicher Temperaturverteilung darstellt, in welcher ein Plasmastrahl besteht, werden alle in den Reaktor 100 eingebrachten Teilchen gleichförmig zur Reaktion gebracht, wenn sie durch den Reaktor 100 hindurchfallen. Diese Reaktorform kann zweckmäßigerweise zur Synthese einer Verbindung oder zum Craeken von Teilchen verwendet werden. Obwohl sich bei der Darstellung nach Fig. 25 die Magnetspule 101 über die gesamte Höhe des Stapels aus Plasmabrennern 12 erstreckt, kann alternativ die Magnetspule 101 auch eine

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geringere Höhe aufweisen und mechanisch verschieblich angeordnet sein, so daß eine Hin- und Herbewegung längs der Längsachse des Stapels möglich ist, um ein Magnetfeld quer zur ringförmigen Öffnung 26 jedes Brenners zu erzeugen. Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Magnetspule 101 aus einer Anzahl von getrennten Spulenabschnitten bestehen, die einer nach dem anderen längs der Längsachse der Brennerkörper 12 angeordnet sind und die elektrisch so angeschlossen sind, daß sie nacheinander ein magnetisches Feld quer zu den ringförmigen öffnungen 26 jedes Brenners erzeugen.

Die Fig. 26 zeigt eine Vorrichtung zur Erhitzung von Gas mittels einer Anzahl von Plasmabrennern. Die entsprechende Vorrichtung weist einen Stapel aus drei koaxial angeordneten Plasmabrenner 11k innerhalb eines Gehäuses 104 auf. Jeder Plasmabrenner 11k ist im wesentlichen analog zu dem Plasmabrenner 11 nach Fig. 1 aufgebaut; abweichend sind jeweils zwei benachbarte Düsenelemente 15 von je zwei benachbarten Plasmabrennern 11 zu einem einzigen Düsenelement 15k des besonderen Aufbaus der Vorrichtung nach Fig. 26 vereinigt. Das Gas wird in das Gehäuse 104 durch dessen Einlaßöffnung 105 eingeführt, von den Plasmastrahlen 4-0 auf eine hohe Temperatur gebracht und durch eine Auslaßöffnung 106 abgegeben. Diese Vorrichtung kann auch zum Cracken eines Gases eingesetzt werden.

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Die Pig. 27 erläutert eine Anwendung dieser Erfindung /bei einem Wärmetauscher. Dieser Wärmetauscher"-weist ein Gehäuse 107 auf, das aus einem Stapel von koaxial angeordneten Plasmabrennern 11k gebildet ist, wobei die einzelnen Plasmabrenner 11k analog zu Pig. 26 aufgebaut sind. Zu dem Wärmetauscher gehört eine in Richtung der Längsachse der Plasmabrenner 11k verlaufende Leitung 108. Die Leitung 108 wird von den aus den Brennern 11k ausströmenden Plasmastrahlen erhitzt; die dabei auftretenden Abgase werden aus dem Gehäuse 107 durch dessen Auslaßoffnung 111 abgegeben. Die Leitung weist eine Einlaßöffnung 109 auf, durch welche das zu erhitzende fluide Medium in die Leitung 108 eingebracht wird. Während des Durchgangs durch die Leitung 108 wird das fluide Medium erhitzt und schließlich durch eine Auslaßöffnung 110 abgegeben.

Schließlich ist mit Fig. 28 eine Vorrichtung dargestellt, die eine Kombination des Plasmabrenners 11 nach I'ig. 1 mit dem Plasmabrenner 11h nach I'ig. 8 aufweist. Diese Vorrichtung ist zur gleichzeitigen Behandlung der Innenwand und der Außenwand eines Rohres 113 geeignet, wenn dieses Rohr mit seiner Längsrichtung relativ zu den Plasmabrennern 11 und 11h verschoben wird.

Die nachfolgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Betriebsweise der Erfindung und von besonderen Anwendungen der Erfindung.

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Beispiel 1:

Bei dem mit Fig. 1 dargestellten Plasmabrenner bestand die Elektrode 17 aus Wolfram mit 2 % Thorium und hatte einen Innendurchmesser von 80 mm, einen Außendurchmesser von 110 mm und eine Dicke von 6 mm. Die Breite der ringförmigen Öffnung 26 zwischen den Düsenelementen 15 betrug 6,9 mm. Die Magnetspule 34 hatte 2800 Windungen. Zur Erzeugung eines Plasmas wurde Argon mit einem Durchsatz von 36 N Liter/min eingeführt. Der Magnetspule 34- wurde ein Gleichstrom von 0,7 A zugeführt, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Der Lichtbogen wurde in bekannter Weise gezündet, wonach ein Plasmastrahl mit einem Durchmesser von 45 mm gegen das zu behandelnde Material 43 ausströmte. Der Plasmastrahl rotierte rasch in Form eines Ringes. Das Plasma hatte eine Leistungsabgabe von 300 A und 46 V.

Beispiel 2:

Zum erneuten Einschmelzen eines Stabes wurde der mit Fig. dargestellte Wiedereinschmelzofen 91 verwendet; dieser Wiedereinschmelzofen 91 bestand aus hitzebeständigem Stahl mit einem Durchmesser von 30 mm. Der Stahlstab wurde an seinem unteren Ende erhitzt und schmolz leicht, schnell und gleichförmig und bildete einen 500 mm langen Block mit einem Durchmesser von 55 mm. Durch Einführung von Argon in einem Durchsatz von 68 N. m/min wurde ein Plasma erzeugt..; dieses. Plasma hatte eine Lei-

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stungsabgabe von 500 A und 65 V. Obwohl es auf diese Weise möglich war, den Stahlstab mit einer Geschwindigkeit von 1,20 kg/min zu schmelzen, wurde die tatsächliche Aufschmelzgeschwindigkeit wegen der Verzögerung bei der Verfestigung des geschmolzenen Metalles auf 0,77 kg/min herabgesetzt.

Die Erfindung ist mit Bezugnahme auf mehrere bevorzugte Ausführungsformen und bevorzugte Anwendungen beschrieben worden. Diese Beschreibung dient Jedoch lediglich zur Erläuterung der Erfindung, so daß weitere Modifizierungen, Veränderungen, Abwandlungen sowie weitere Anwendungen möglich sind, ohne von dem erfindungsgemäßen Konzept abzuweichen.

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Claims

BLUMBACH · WESER · BERGEN - KRÄMER; ZWIRNER-BREHM

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN ft V I 4 8 4

Patentconsult Radeckestraße 43 8000 München 60 Telefon (089)883603/883604 Telex05-212313 Telegramme Patentconsutt Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult

DAIDOTOKUSHÜKO KABUSHIKIKAISHA 30. März 1979

aza-Kuridashi, Hoshizaki-cho, Minami-ku, 10.053 Nagoya-shi, Ai chi-ken, Japan

Plasmabrenner, Plasmabrenneranordnung und Verfahren zur Plasmaerzeugung

Patentansprüche

Plasmabrenner,
gekennzeichnet durch

eine ringförmige Kathode mit einer ringförmigen Kante, von welcher ein lichtbogen ausgeht;

zwei ringförmige, an gegenüberliegenden Seiten der Kathode einander gegenüber angeordnete Düsenelemente, von denen jedes eine über die ringförmige Kathodenkante überhängende Kante aufweist;

München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. . H. P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. ■ G. Zwirner Dlpl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

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diese Düsenelementkanten eine ringförmige öffnung begrenzen, durch weiche zwischen die Kathode und die Düsenelemente eingebrachtes Gas abgegeben wird; und

einen Magnetfeldgenerator, dessen Magnetfeld auf den lichtbogen einwirkt, so daß dieser längs der ringförmigen Kathodenkante rotiert.
2. Plasmabrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dusenelementkantei eine ringförmige Öffnung begrenzen, durch welche zwischen die Kathode und die Diisenelemente eingebrachtes Gas austritt; und diese Öffnung so ausgerichtet ist, daß das Gas in trichterförmiger Weise austritt.
3. Plasmabrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eines dieser Diisenelemente innerhalb des anderen Düsenelementes angeordnet ist; und der Magnetfeldgenerator zur Induzierung des Magnetfeldes einen Hohlzylinder aus magnetischem Material aufweist, dessen eines Ende in die Nähe des einen Düsenelementes reicht; und eine Magnetspule diesen Hohlzylinder umgibt.
4. Plasmabrenneranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß

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Plasmabrenner mit

einer ringförmigen Kathode mit einer ringförmigen Kante, von welcher ein Lichtbogen ausgeht;

zwei ringförmigen, an gegenüberliegenden Seiten der Kathode einander gegenüber angeordneten Düsenelementen, von denen jjedes eine über die ringförmige Kathodenkante überhängende Kante aufweist;

-wobei diese Düsenelementkanten eine ringförmige öffnung begrenzen, durch welche zwischen die Kathode und die Düsenelemente eingebrachtes Gas abgegeben wird;

koaxial zueinander, einer über dem andern in Form eines Stapels angeordnet sind; und

der Magnetfeldgenerator diesen Stapel' umgibt und dahingehend ausgebildet ist, daß ein Magnetfeld quer zu der ringförmigen öffnung jedes Plasmabrenners auf den aus jedem Plasmabrenner ausströmenden Lichtbogen so einwirkt, daß dieser Lichtbogen längs der ringförmigen Kathodenkante rotiert.
5. Verfahren zur Erzeugung eines Bereichs mit Plasmastrahlung in einem
Plasmabrenner mit

einer ringförmigen Kathode mit einer ringförmigen Kante, von welcher ein Lichtbogen ausgeht;

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sswei ringförmigen, an gegenüberliegenden Seiten der Kathode einander gegenüber angeordneten Düsenelementen, von denen jedes eine über die ringförmige Kathodenkante überhängende Kante aufweist;

wobei diese Düsenelementkanten eine ringförmige Öffnung begrenzen,

dadurch gekennzeichnet, daß

ein Gas zwischen die Kathode und die Düsenelemente, eingeführt wird, um einen Plasmastrahl durch diese ringförmige Öffnung ausströmen zu lassen.

ein Magnetfeld quer zu dieser ringförmigen Öffnung erzeugt wird, damit der Plasmastrahl längs der ringförmigen Kathodenkante rotiert, so daß eine gleichmäßige Ausströmung des Plasmastrahles von dem gesamten Umfang der ringförmigen Öffnung erfolgt; und

ein Teil der ringförmigen Öffnung abgedeckt wird, um einen Plasmastrahl-freien Bereich zu erzeugen.
6. Verfahren zur Erzeugung eines Plasmas aus aktivem Gas in einem Plasmabrenner,

dadurch gekennzeichnet, daß

ein Gas in einem Plasmabrenner

zwischen einer ringförmigen Kathode mit einer ringförmigen Kante, von welcher ein Lichtbogen ausgeht, und zwei ringförmigen, an gegenüberlie-

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genden Seiten der Kathode angeordneten Düsenelementen, von denen eines innerhalb des anderen angeordnet ist, so daß eine ringförmige Öffnung zwischen den Düsenelementen gebildet ist, eingebracht wird, so daß ein Plasmastrahl durch die ringförmige Öffnung ausströmt?

ein Magnetfeld quer zu der ringförmigen Öffnung erzeugt wird, damit der Lichtbogen längs der ringförmigen Kathodenkante rotiert, um eine gleichmäßige Ausströmung des Lichtbogens längs des gesamten ümfangs der ringförmigen Öffnung in trichterförmiger Weise zu gewährleisten; und

ein aktives Gas durch eine axiale Bohrung des einen Düsenelementes am Grund des gebildeten Trichters eingebracht wird, um das aktive Gas in ein Plasma umzuwandeln.

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