DE8629090U1

DE8629090U1 - Plasmaschneidbrenner

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Publication number: DE8629090U1
Application number: DE8629090U
Authority: DE
Original assignee: Wilhelm Merkle Schweissmaschinenbau 8871 Koetz De GmbH
Current assignee: Wilhelm Merkle Schweissmaschinenbau 8871 Koetz De GmbH
Priority date: 1986-10-31
Filing date: 1986-10-31
Publication date: 1987-01-22
Also published as: US4777342A

Description

Anmelder: Fa. Wilhelm Merkle Schweißmaschinenbau GmbH 8871 Kötz 1

Plasmaschneidbrenner

Die Erfindung betrifft einen Plasmaschneidbrenner mit einem Brennerkopf, der zwei unter Bildung eines mit Gas beaufschlagbaren Strömungswegs koaxial zueinander angeordnete, unter Zwischenschaltung eines vorzugsweise aus Keramik bestehenden Isolationsrings in axialer und radialer Richtung aneinander abgestützte, mit unterschiedlichen Polen einer Stromquelle verbindbare Elektrodenhalter aufweist.

Ein Plasmaschneidbrenner dieser Art ist aus der DE-OS 10 34 00 281 bzw. 34 00 282 bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung liegen die beiden Elektrodenhalter mit bezug-

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lieh des Querschnitts des Isolationsrings diagonal einander gegenüberliegenden ätufen am Isolationsring an. Hierbei besitzt jeder Elektrodenhalter demnach nur eine der axialen Stützfläche des anderen Elektrodenhalters schräg gegenüberliegende axiale Stützfläche. Die Erfahrung hat nun gezeigt, daß hierbei im Falle einer Erwärmung gegenseitige radiale Relativbewegungen der beiden Elektrodenhalter und damit der beiden Elektroden in Form von Schneiddüse und Düsennadel auftreten können, da sich der Isolationsring und die Elektrodenhalter unterschiedlich ausdehnen. Die Folge derartiger gegenseitiger Relativbewegunen ist, daß die Koaxialität der beiden Elektroden und damit die genau zentrische Anordnung der Elektrodennadel verlorengehen und der gegenseitige Abstand der beiden Elektroden unzulässig verkleinert wird. Es kann daher zu einem erhöhten Verschlei ß der Elektroden und insbesondere der beim Zünden die eine Elektrode bildenden Schneiddüse kommen.

Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung eingangs erwähnter Art mit einfachen und kostengünstigen Mitteln so zu verbessern, daß gegenseitige Relativbewegungen der Elektrodenhalter und der Elektroden ausgeschlossen sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beide Elektrodenhalter jeweils zwei in axialer Richtung gegeneinander bewegbare, aneinander festlegbare Rinjialteteile aufweisen, die mit einander gegenüberliegenden, den Isolationsring innenumfangsnah bzw. außenumfangsnah zwischen sich aufnehmenden, axialen Stützflächen versehen sind.

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Der mit diesen Maßnahmen verbundene technische Fortschritt ist insbesondere in der Vermeidung der geschilderten Nachteile der bekannten Anordnungen zu sehen. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen stellen sicher, daß beide Elektrodenhalter separat voneinander mit dem Isolationsring in axialer Richtung verspannt werden können. Die in axialer Richtung wirkende Vorspannung kann dabei in vorteilhafter Weise ohne weiteres so gewählt werden, daß auch im Falle einer Erwärmung und damit einer Ausdehnung, die im Bereich des Isolationsrings in der Regel geringer ausfällt als im Bereich der Ringhalteteile, noch ein zuverlässiger Halt gewährleistet ist. Hierdurch ist sichergestellt, daß im Falle einer radialen Ausdehnung des Isolationsrings die Koaxialität der beiden Elektrodenhalter voll erhalten bleibt. Der bei den bekannten Anordnungen infolge einer exzentrischen Lage der Elektrodennadel zu befürchtende Verschleiß kommt daher in vorteilhafter Weise in Wegfall, so daß eine hrtie Lebensdauer gewährleistet ist.

In vorteilhafter Weiterbildung der übergeordneten Maßnahmen können die Ringhalteteile jedes Elektrodenträgers mit einander zugeordneten Axialgewinden versäien sein. Die paarweise zusammenwirkenden Ringhalteteile können hierbei in vorteilhafter Weise einfach aufeinander aufgeschraubt werden, was eine zuverlässige Verbindung sowie eine stufenlose Anpassung der Vorspannung ermöglicht. Zudem gewährleisten diese Maßnahmen eine höchst einfache Herstellbarkeit sowie ein-' kompakte Baugröße.

Eine weitere zweckmäßige Maßnahme kann darin bestehen,

daß die aufeinander aufschraubbaren Ringhalteteile mit

Schlüsselansatzflächen versehen sind, um einen zuverlässigen

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Anzug zu gewährleisten.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der übergeordneten Maßnahmen ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung in Verbindung mit den restlichen Unteransprüchen.

In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel und

Figur 2 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausfüh-

rungsbeigäel.

Der der Figur 1 zugrundeliegende Plasmaschneidbrenner enthält eine an einem Griff 1 befestigte Ummantelung 2, in die zwei an unterschiedlichen Polen einer Stromquelle liegende, elektrisch voneinander isolierte Elektrodenhalter in Form eines mit einer werkstückseitig angeordneten Schneiddüse 3 versehenen, sogenannten Unterteils und eines koaxial hierzu angeordneten, eine in eine zentrische Ausnehmung 5 der Schneiddüse 3 hineinragende Elektrodennadel 6 kragenden, sogenannten Oberteils 7 eingesetzt sind. Zur gegenseitigen Isolation von Unterteil 4 und Oberteil 7 ist ein in radialer und axialer Richtung hieran abgestützter, aus keramischem Material bestehender Isolationsring 8 vorgesehen. Unterhalb des Isolationsrings 8 befindet sich ein durch die beiden Elektrodenhalter begrenzter, in die Ausnehmung 5 der mit einer Düsenbohrung 9 versehenen Schneiddüse'3 mündender Ringraum 10, der von sogenanntem Zentrumsgas durchströmt wird, das über eine

im Griff 1 verlegte Versorgungsleitung, einen hiermit verbundenen, im Oberteil 7 vorgesehenen Verteilerkanal und<^:hiervon abgehende, in den Ringraum 10 einmündende Bohrungen 11 zugeführt wird und über die zentrale Düsenbohrung 9 der Schneiddüse 3 austritt.

Beim Zündvorgang entsteht zwischen der Spitze der Elektrodennadel 6 als der einen Elektrode und der Schneiddüse 3 als der anderen Elektrode ein Pilotlichfbogen, der durch das Zentrumsgas über die Düsenbohrung 9 aus der Schneiddüse 3 herausgedrückt wird. Wenn der Brenner nunmehr auf das zu bearbeitende Werkstück aufgesetzt wird, das am silben Pol wie das die Schneiddüse 3 tragende Unterteil 4 liegt, springt der Lichtbogen zum Werkstück über. Anschließend kann die Polverbindurig des Unterteils 4 unterbrochen werden. Gleichzeitig wird die Stromstärke von der ursprünglichen Pilotstromhöhe auf Ar&eitshöhe erhöht. Das Zentrumsgas kann Luft sein. In der Praxis findet vielfach eine Mischung von Argon und Wasserstoff oder Stickstoff Verwendung.

Der Isolationsring 8 gibt mit seiner radial inneren Umfangsflache auf dem ihn durchsetzenden Oberteil 7 und· mit seiner radial äußeren Umfangsflache auf dem ihn umfassenden Unterteil 4 aufgenommen. Zur Gewährleistung einer auch im Falle von Wärmedehnungen exakt zentrisch bleibenden Anordnung der Düsennadel 6 sind die beiden, den Isolationsring 8 in radialer Richtung zwischen sich aufnehmenden Elektrodenhalter in Form von Unterteil 4 und Oberteil 7 unabhängig voneinander mit dem Isolationsring 8 In axialer Richtung verspannt. Hierzu sind beide Elektrodenhalter in Form von Unterteil 4 und Oberteil 7 im

i Bereich des Isolationsrings 8 in radialer Richtung unter

teilt, so daß sich sowohl im Bereich des Unterteils 4

;'. als auch im Bereich des Oberteils 7 zwei in axialer Rich-

|i tung gegeneinander versetzte Ringhalteteile 4a, 4b bzw.

ij 5 7a, 7b ergeben. Diese sind in axialer Richtung cpgenein-

| ander bewegbar und aneinander festlegbar und hesitzen den

\ Isolationsring 8 außenumfangsnah bzw. innenumfangsnah

I zwischen sich aufnehmende, axiale Stützflächen, zwischen

I denen der Isolationsring 8 Oberteilseitig bzw. unterteil-

t 10 seitig einspannbar ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ringhalteteile 4a, 4b des Unterteils 4 und 7a, 7b des Oberteils 7 mittels jeweils einer axialen Ge-& windeverbindung 12 bzw. 13 direkt aneinander festgele-gt.

' Der die Schneiddüse 3 tragende, düsennahe, untere Ring-

r 15 halteten 4a des den Isolationsring 8 umfassenden "nter-

I teils 4 besitzt einen, den Isolationsring 8 umgreifenden

I . Muffenansatz 14,dessen dem Isolationsring 8 zugewandte, :' radiale Stützfläche nach unten durch eine nach radial innen vorspringende Stufe 15 begrenzt ist, welche die im 20 Bereich des äußeren Ringumfangs an der unteren Ringstirnf seite angreifende, axiale Stützfläche des Unterteils 4

i; enthält. Im Bereich des Außenumfangs des Muffenansatzes

I 14 ist ein zur axialen Gewindeverbindung 12 gehörendes,

: hier bis zum oberen Rand durchgehendes Urafangsgewinde

25 vorgesehen, auf das der obere, düsenferne Ringlvaltetei 1

4b des Unterteils 4 aufschraubbar ist. Der obere, düsenf ferne Ringhalteteil 4b des Unterteils 4 ist hierzu einfach als mit einem zur Gewindeverbindung 12 gehörenden : Innengewinde versehene, den Muffenänsatz 14 umfassende

i 30 überwurfmutter ausgebildet, die mit einem über die radial

äußere Umfangsflache des Isolationsrings 8 nach radial

innen vorstehenden Kragen 16 versehen ist, der somit die im Bereich des ätiteren Ringumfangs an der oberen Ringstirnseite angreifende axiale Stützfläche enthält.

Der düsennahe Ringhalteteil 7a des Oberteils 7, der eine über den Isolationsring 8 nach unten vorstehende Führungsbüchse für die Elektrodennadel 6 enthält, besitzt einen, den Isolationsring 8 im Bereich seines Innenumfangs aufnehmenden Aufnahmezapfen 17, dessen radiale Stützfläche nach unten durch einen radial nach außen vorspringen Bund 18 begrenzt ist, der die im Bereich des inneren Ringumfangs an der unteren Ringstirnseite angreifende axiale Stützfläche des Oberteils 7 enthält. Die Stützflächen von Bund 18 und Stufe 15 befinden sich im dargestellten Ausführungsbeispiel mit ebener unterer Ringstirnseite auf derselben Höhe. Im Bereich der dem Bund 18 gegenüberl iegaiden Seite ist der Zapfen 17 mit einem den Isolationsring 8 überragenden Gewindeansatz 19 versehen, der ein zur Gewindeverbindung 13 gehörende, axial verlaufendes Außengewinde aufweist. Der düsenferne, obere Ringhalteteil 7b des Oberteils 7 besitzt eine den den Isolationsring 8 nach oben überragenden Ganndeansatz 19 umfassende, mit einem zur Gewindeverbindung 13 gehörenden Innengewinde versehene Gewindemuffe 20, die in Form ihrer ebenen Stirnfläche die oberteiIseitig an der oberen Stirnseite des Isolationsrings anliegende axialer Stützfläche enthält, die sich hier auf gleicher Höhe wie die Stützfläche des Kragens 16 befindet.

Die beiden Ringhalteteile 4a, 4b bzw. 7a, 7b von Unterteil 4 und Oberteil 7 sind jeweils so weit aufeinander aufschraubbar, daß sich im Bereich der am Isolationsring

angreifenden axialen Stützflächen ein zuverlässiger Kraftschluß ergibt. Dies kann durch entsprechende Freistiche erreicht werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt sich dies im Bereich des Unterteils 4 einfach dadurch, daß der Muffenansatz 14 unterhalb der oberen Stirnseite des Isolationsrings 8 endet. Im Bereich des Oberteils 7 wird dies dadurch erreicht, daß der Gewindeansatz 19 mit seinem oberen Ende in einen ringförmigen Gaskanal 21 eintaucht. Um die im Bereich der koaxial angeordneten Gewindeverbindungen 12 bzw. aufeinander aufschraubbaren Ringhalteteile 4a, 4b bzw. 7a, 7b zuverlässig anziehen zu können, können diese mit geeigneten Schlüsselansatzflächen versehen sein.

Der grundsätzliche Aufbau und die Wirkungsweise der Anordnung gemäß Figur 2 entsprechen der vorstehend beschriebenen Ausführung gemäß Figur 1. Nachstehend werden daher nur die im vorliegenden Zusammenhang betroffenen Unterschiede beschrieben, wobei der Einfachheit halber für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen Verwendung finden.

Bei der Ausführung gemäß Figur 2 besitzt der untere Ringhalteteil 7a des den Isolationsring 3 durchsetzenden Oberteils 7 eine den Isolationsring 7 im Bereich seines Innenumfangs aufnehmende Büchse 22, die mit einer zentralen Gewindebohrung 23 versehen ist, in welche der düsenferne Ringhalteteil 7b des Oberteils 7 mit einem Gewindazapfen 24 einschraubbar ist. Die radiale Stützfläche der Büchse 22 wird nach unten durch einen nach radial außen vorspringenden Bund 25 begrenzt, an dem der Isolationsring 8 im

Bereich seiner inneren Umfangsflache mit seiner unteren

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Stirnseite anliegt und der dementsprechend die oberteilseitige, untere axiale Stützfläche enthält. Der obere Ringhalteteil 7b ist mit einem die zugeordnete obere p y i &lgr; &igr; &ogr; Stützfläche enthaltende" rsdisl außerhalb dsr Büchse 22 umlaufenden Steg 26 versehen. Der vom Steg umfaßte Bereich bildet praktisch einen Freistich für die Büchse 22, die hier die obere Stirnseite des Isolationsring 8 überragen kann. Diese Ausführung zeichnet sich ersichtlich durch eine in der Höhe sehr gedrängte Bauform aus. Die unterteiIseitigen Ringhalteteile 4a, 4b entsprechen der Ausführung gemäß Figur 1 mit Muffenansatz und Überwurfmutter.

Claims

Ansprüche

10

Plasmaschneidbrenner mit einem Brennerkopf, der zwei unter Bildung eines mit Gas beaufschlagbaren Strömungswegs (10) koaxial zueinander angeordnete, unter Zwischenschaltung eines vorzugsweise aus Keramik bestehenden Isolationsrings (8) in axialer und radialer Richtung aneinander abgestützte, mit unterschiedlichen Polen einer Stromquelle verbindbare Elektrodenhalter (4, 7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektrodenhalter (4, 7) jeweils zwei in axialer Richtung gegeneinander bewegbare, einander gegenüber festlegbare Ringhalteteile (4a, 4b) bzw. (7a, 7b) aufweisen, die mit einander gegenüberliegenden, den Isolationsring (8) innenumfangsnah bzw. außenumfangsnah zwischen sich aufnehmenden, axialen Stützflächen versehen sind.

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&psgr; 2. Plasmaschneidbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

zeichnet, daß die Ringhalteteile (4a, 4b bzw. 7a, 7b)

;v jeweils direkt aneinander festlegbar sind.

3. Plasmaschneidbrenner nach einem der vorhergehenden 5 Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringhalte- ^; teile (4a, 4b bzw. 7a, 7b) durch koaxial angeordnete,

\- axiale Gewindeverbindungen (12 bzw. 13) miteinander

;■; verbindbar sind.

&ngr; 4. Plasmaschneidbrenner nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der düsennahe Ringhalteteil (4a) des eine Schneiddüse (3) tragenden, den Isolationsring (8) umfassend angeordneten Elektrodenhalters (4) eine den Isolationsring (8) aufnehmende Muffe (14) aufweist, deren radiale Stützfläche durch eine die zugeordnete, untere axiale Stützfläche enthaltende Stufe (15) begrenzt ist und die mit einem Außengewinde versehen ist, auf welches der zugeordnete, mit einem entsprechenden Innengewinde versehene, düsenferne Ringhalteteil (4b) aufschraubbar ist.

5. Plasmaschneidbrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der düsenferne Ringhalteteil (4b) als einen über die radiale Stützfläche des düsennahen Ringhalteteils (4a) nach radial intv*n vorstehenden, die zugeordnete, obere axiale Stützfläche enthaltenden Kragen (16) aufweisende überwurfmutter ausgebildet ist.

6. Plasmaschneidbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der düsennahe Ringhalteteil (7a) des vorzugsweise eine zentral ange-

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ordnete Elektrodennadel (6) tragenden, den Isolationsring (8) durchgreifend angeordneten Elektrodenhalters (7) einen den Isolationsring (8) an seinem inneren Umfang aufnehmenden Zapfen (17) und einen dessen radiale Stützfläche nach unten begrenzenden, die Zugeordnete, untere axiale Stützfläche enthaltenden Bund (18) aufweist.

7. Plasmaschneidbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (¹7) an seinem dem Bund (18) gegenüberliegenden Ende einen mit einem Außengewinde versehenen Gewindeansatz (19) ajfweist, auf den der mit einem entsprechenden Innengewinde versehene, düsenferne Ringhalteteil (7b) aufschraubbar ist.

8, Plasmaschneidbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindeansatz (17) den Isolationsring (8) nach oben überragt und daß der zugeordnete, düsenferne Ringhalteteil (7b) eine Gewindemuffe (20) aufweist, deren vordere Stirnseite die dem Bund (18) gegenüberliegende, axiale Stützfläche bildet.

9. Plasmaschneidbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein■RinghalteteiI (7a) des den Isolationsring (8) durchgreifend angeordneten Elektrodenhalters (7) eine den Isolationsring (8) an seinem innerei Umfang aufnehmende Büchse (22) aufweist, deren radiale Stützfläche durch einen nach radial außen vorspringenden Bund (25) begrenzt ist und deren zentrale Bohrung als Gewindebohrugn (23) ausgebildet ist, in die ein mit einem Außengewinde versehener, die dem Bund (25) gegenüberliegende axiale Stützfläche über-

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ragender Gewindezapfen (24) des anderen Ringhalteteils (7b) einschraubbar ist.

10. Plasmaschneidbrenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der GewindezaDfen (24) von einem die zugeordnete axiale Stützfläche enthaltenden, umlaufenden Bund (26) umfaßt ist.

11. Plasmaschneidbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindeansatz (19) des den Isolationsring (8) aufnehmenden Zapfens (17) mit seinem vorderen Ende im Bereich einer Hohlkammer (21) des die zugeordnete Gewindemuffe (20) enthaltenden Ringhalteteils (7b) endet.

12. Plasmaschneidbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer

Überwurfmutter zusammenwirkende Gewindemuffe des den

Isolationsring (8) umgreifend angeordneten Elektrodenhalters (4) unterhalb der oberen Stirnseite des Isolationsrings (8) endet.

1i3. Plasmaschneidbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinander aufschraubbaren Ringhalteteile (4a, 4b)bzw. 7a, 7b) mit Schlüsselansatzflächen versehen sind.