EP1166942A2 - Plasma gun - Google Patents

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EP1166942A2
EP1166942A2 EP01890189A EP01890189A EP1166942A2 EP 1166942 A2 EP1166942 A2 EP 1166942A2 EP 01890189 A EP01890189 A EP 01890189A EP 01890189 A EP01890189 A EP 01890189A EP 1166942 A2 EP1166942 A2 EP 1166942A2
Authority
EP
European Patent Office
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electrode
nozzle
pole
voltage source
rod
Prior art date
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EP01890189A
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German (de)
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EP1166942A3 (en
EP1166942B1 (en
Inventor
Gerhard Schwankhart
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Inocon Technologie GmbH
Original Assignee
Inocon Technologie GmbH
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Publication date
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Publication of EP1166942A3 publication Critical patent/EP1166942A3/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/44—Plasma torches using an arc using more than one torch

Definitions

  • the invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
  • the aim of the invention is to overcome these disadvantages avoid and a facility of the type mentioned propose a high welding speed even when allows difficult alloys and with that too it can be ensured that oxide layers formed be removed.
  • the proposed measures make it possible the two rod-shaped electrodes with different poles to connect the voltage sources. This allows you to Plasma pulses with one with the plus pole one Electrode connected to the voltage source are generated Oxide layers ripped open and with the following Plasma pulses with the one with the negative pole Voltage source connected and therefore connected as a cathode Electrode are generated, the base material clean and with large penetration depth are welded, whereby very result in narrow and smooth seams. It can be done with a very high welding speed. Through the Locking the switching devices, each only Allow voltage pulses of approximately 1 to 5 milliseconds ensured that only one electrode was applied at a time can be.
  • Each plasma arc can be ignited by means of a high frequency pulse occur when the level of voltage the individual voltage pulses Breakdown voltage of the distance between the electrode and their respective counterelectrode.
  • the ignition but can also by correspondingly high, the respective Breakdown voltage exceeding voltage pulses themselves to be triggered.
  • claims 9 and 11 effect one Constriction of the plasma, or avoid expanding it due to the friction of the plasma in the air with escapes at high speed, so that a very high concentration the energy is achieved.
  • a receptacle 1 which consists of an electrical insulating material is made.
  • this shot 1 are two holders 2, at the lower ends of electrodes 3, 4 a temperature-resistant material such as Tungsten, used.
  • the holder 2 are made of an electrically highly conductive Material made and are with a central bore 5th provided that in the upper and lower area via radial Bores 6 are connected to chambers 7, 8, of which the Chambers 7, each with a gas channel 109, 109 ', via the plasma gas is fed separately, are connected, and the chambers 8 with one outflow nozzle 9 9 'are connected.
  • nozzles 9, 9 have conical inner walls, the inner wall of the nozzle 9 being substantially parallel to the tapered end portion of the electrode 3, the free End of the electrode 3 can be flattened.
  • the electrode 4 is in contrast to the electrode 3 essentially blunt educated.
  • cooling channel 10 in the receptacle 1 provided that of an inlet 11 to one of the holder 2 of the Electrode 4 penetrates and divided by annular space 12 in two branch channels (Fig. 2) to another from the holder 2 of the Electrode 3 passes through annular space 13 and from this to one Spout 14 leads.
  • connection of the two electrodes 3, 4, or their holder 2 can screw caps 15, or if the Gas channels 109, 109 'have electrically conductive walls, about these are done. In the latter case, the connection can be made via Connection nipples via which gas is supplied are made.
  • a tubular guide 16 between the nozzles 9, 9 ' provided that to serve as an additional material Wire is provided.
  • the guide 16 is cranked out.
  • the recording 1 be made very narrow.
  • the electrode 3 runs in the position of use of the receptacle 1 in essentially vertical and the electrode 4 closes with this an acute angle which is usually 20 ° to 70 ° can.
  • connection head 18 In this connection head 18 are spring-loaded Nipple 20 held axially displaceable, one of which Water supply line 21 and a water discharge line 22 for supply and Removal of cooling water are connected, this spring-loaded connecting nipple 20 when the receptacle is connected 1 engage in the inlet or outlet 11, 14 of the same. Furthermore, 18 are fixed connection nipples 23 in this connection head provided on which plasma gas, e.g. Helium, leading Gas lines 24 are connected. The fixed Connection nipples 23 engage with the receptacle 1 connected Inlets 25 of the gas channels 109, 109 'of the receptacle 1. there are, as with the inlet and outlet 11, 14 in the inlets 25 O-rings used for sealing.
  • plasma gas e.g. Helium
  • connection head 18 arranged pin 26 held in a corresponding Bore 27 engages a receptacle 1. This is ensured that a connection of a recording 1 to the Connection head only in a certain position, in which one correct flow through the gas and cooling channels is given, is possible.
  • connection head 18 can with different Electrodes 3, 4 equipped receptacles 1 are connected, such a change can be carried out very easily can.
  • FIG. 7 shows a detail of the nozzle body 9 for an electrode 3, which is a conical, or substantially has a frustoconical end.
  • the plasma gas flowing through these cold gas channels causes cooling of the nozzle body 9 and causes a further constriction of the exiting from the nozzle 9 Plasma and thus a reduction in the focal spot and thus an increase in energy concentration in this.
  • the Chamber 8 is supplied with plasma gas via a Gas channel 109, 109 ', the upper radial bores 6 of the holder 2, its central bore 5 and the lower radial bores 6th
  • Fig. 8 shows schematically the connection of the device according to the invention.
  • the electrodes 3, 4 with one pole each, one voltage source 31, 32 connected, the respective second pole of each of which has a switching device 33, 34 is connected to a workpiece 30.
  • the two switching devices 33, 34 locked against each other so that only one Switching device 33 or 34 can be switched through. There are only short for the two switching devices 33, 34 Switching times are provided so that the electrodes 3, 4 only impulsed.
  • Typical values are e.g. a Current application of approx. 170 A for a time of approx. 15ms and a pause of approx. 3ms. During this time switches the switching device 33 through and with the plus pole Electrode 4 connecting current source 31 is approx. 250 A for about 3ms applied.
  • Insert 1 insert two electrodes 3 and both with the Minus pole each to connect a DC voltage source 32 and to apply these essentially alternately, whereby however, overlap times can also be provided. There on this way the load of each electrode 3 accordingly is small, electrodes 3 with a small diameter can be used be made, which makes the recording very narrow can.
  • the embodiment according to FIG. 10 differs from that according to FIGS. 1 and 2 in that in the over the gas channels 109, 109 'in connection with the gas connections standing chambers 8 helical ribs 35 are arranged between which are helical channels remain, via which the plasma gas flows to the nozzles 9, 9 '.

Abstract

The welding device has a plasma burner with a socket (1) of a non-conductive material, for reception of a pair of rod-shaped electrodes (3,4), each provided with a jet (9,9') which is supplied from a gas connection. The electrodes extend at an acute angle to one another and are coupled to a respective voltage source providing DC voltage pulses, for obtaining an arc between each of the electrodes and a cooperating counter-electrode.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Bei der Schweißung von Leichtmetall und Leichtmetall-Legierungen wird eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art mit lediglich einer stabfömigen Elektrode verwendet. Um eine hohe Schweißgeschwindigkeit bei tiefem Einbrand und schmalen Nähten zu erzielen, wird die stabförmige Elektrode als Kathode geschaltet und als Plasmagas Helium verwendet. Dabei entsteht ein sehr heißes Plasma, das dünne Oxidschichten verdampft. Allerdings ist die nicht bei allen Leichtmetall-Legierungen der Fall.When welding light metal and light metal alloys a device of the type mentioned used with only one rod-shaped electrode. To one high welding speed with deep penetration and narrow To achieve seams, the rod-shaped electrode is used as the cathode switched and used as plasma gas helium. This creates a very hot plasma that evaporates thin layers of oxide. Indeed is not the case with all light metal alloys Case.

Um auch solche Legierungen schweißen zu können, wird meist statt mit Gleichstrom mit Wechselstrom geschweißt, oder es wird die Elektrode an den Plus-Pol der Spannungsquelle gelegt. Damit wird zwar eine ständige Beseitigung der Oxidschichten sichergestellt und eine lunkerfreie Schweißverbindung ermöglicht, da die Oxidhaut ständig aufgerissen wird, doch steht diesem Vorteil der Nachteil einer um ca. 2/3 verminderten Schweißgeschwindigleit, verglichen mit einer Gleichstrom/Helium-Schweißung und eine deutliche Zunahme der Breite der Schweißnähte mit vergrößerter Wärmeeinflußzone gegenüber.In order to be able to weld such alloys, too usually welded with alternating current instead of direct current, or it becomes the electrode at the plus pole of the voltage source placed. This will mean that the Oxide layers ensured and a void-free Welded connection allows because the oxide skin is constantly is torn open, but this advantage is the disadvantage of one welding speed reduced by approx. 2/3 compared to a DC / helium weld and a significant increase the width of the welds with an enlarged heat affected zone across from.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die eine hohe Schweißgeschwindigkeit auch bei schwierigen Legierungen ermöglicht und mit der auch sichergestellt werden kann, daß entstehende Oxidschichten entfernt werden.The aim of the invention is to overcome these disadvantages avoid and a facility of the type mentioned propose a high welding speed even when allows difficult alloys and with that too it can be ensured that oxide layers formed be removed.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Einrichtung der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.According to the invention, this is achieved with a device type mentioned above by the characteristic features of the Claim 1 reached.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist es möglich die beiden stabförmigen Elektroden mit unterschiedlichen Polen der Spannungsquellen zu verbinden. Dadurch können mit Plasmaimpulsen, die mit einer mit dem Plus-Pol einer Spannungsquelle verbundenen Elektrode erzeugt werden, die Oxidschichten aufgerissen und mit den nachfolgenden Plasmaimpulsen, die mit der mit dem Minuspol einer Spannungsquelle verbundenen und daher als Kathode geschalteten Elektrode erzeugt werden, das Grundmaterial sauber und mit großer Einbrandtiefe verschweißt werden, wobei sich sehr schmale und glatte Nähte ergeben. Dabei kann mit einer sehr hohen Schweißgeschwindigleit gearbeitet werden. Durch die Verriegelung der Schalteinrichtungen, die jeweils nur Spannungsimpulse von ca. 1 bis 5 Millisekunden zulassen, ist sichergestellt, daß nur jeweils eine Elektrode beaufschlagt werden kann.The proposed measures make it possible the two rod-shaped electrodes with different poles to connect the voltage sources. This allows you to Plasma pulses with one with the plus pole one Electrode connected to the voltage source are generated Oxide layers ripped open and with the following Plasma pulses with the one with the negative pole Voltage source connected and therefore connected as a cathode Electrode are generated, the base material clean and with large penetration depth are welded, whereby very result in narrow and smooth seams. It can be done with a very high welding speed. Through the Locking the switching devices, each only Allow voltage pulses of approximately 1 to 5 milliseconds ensured that only one electrode was applied at a time can be.

Als Gegenelektrode kann zweckmäßigerweise das zu bearbeitende Werkstück geschaltet werden, doch ist es auch möglich, die Düse, bzw. den jeweiligen Düsenkörper aus einem elektrisch leitenden Material herzustellen und als Gegenelektrode zu schalten.This can expediently serve as the counter electrode machining workpiece can be switched, but it is also possible, the nozzle, or the respective nozzle body from one produce electrically conductive material and as To switch counter electrode.

Bei leichter schweißbaren Legierungen können auch beide Elektroden als Kathoden geschaltet werden. In diesem Fall ergibt sich der Vorteil, daß die erforderliche Schweißenergie auf beide Elektroden aufgeteilt werden kann und diese daher dünner ausgebildet werden können. Dies ermöglicht die Herstellung sehr schmaler Aufnahmen von z.B. nur 9mm Breite. Mit solchen Einrichtungen kann daher auch in nur schwer zugänglichen Eckbereichen von Werkstücken geschweißt werden, was die konstruktive Auslegung solcher Teile wesentlich erleichtert.With more easily weldable alloys, too both electrodes are switched as cathodes. In this case there is the advantage that the required welding energy can be divided between both electrodes and therefore these can be made thinner. This enables production very narrow recordings of e.g. only 9mm wide. With Such facilities can therefore also be difficult to access Corner areas of workpieces are welded to what the constructive design of such parts much easier.

Aufgrund der beiden getrennten Spannungsquellen, können diese auch im Hinblick auf die Impulslänge und Impulsleistung getrennt gesteuert werden, wodurch eine sehr weitgehende Anpassung an die jeweiligen Erfordernisse möglich ist.Because of the two separate voltage sources, can this also with regard to the pulse length and Pulse power can be controlled separately, creating a very extensive adaptation to the respective requirements possible is.

Die Zündung eines jeden Plasmabogens kann mittels eines Hochfrequenzimpulses erfolgen, wenn die Höhe der Spannung der einzelnen Spannungsimpulse die jeweilige Durchschlagsspannung der Strecke zwischen der Elektrode und ihrer jeweiligen Gegenelektrode nicht übersteigt. Die Zündung kann aber auch durch entsprechend hohe, die jeweilige Durchschlagsspannung übersteigende Spannungsimpulse selbst ausgelöst werden.Each plasma arc can be ignited by means of a high frequency pulse occur when the level of voltage the individual voltage pulses Breakdown voltage of the distance between the electrode and their respective counterelectrode. The ignition but can also by correspondingly high, the respective Breakdown voltage exceeding voltage pulses themselves to be triggered.

Sehr günstige Verhältnisse für das Schweißen sehr schwieriger Legierungen ergeben sich durch die Merkmale des Anspruches 3, wobei es sich als vorteilhaft erwiesen hat auch die Merkmale des Anspruches 2 vorzusehen, wobei die als Kathode geschaltete Elektrode vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zum Werkstück steht. Very favorable conditions for welding very Difficult alloys result from the features of the claim 3, whereby it has also proven advantageous Provide features of claim 2, wherein the cathode switched electrode preferably substantially perpendicular to the workpiece.

Durch die Merkmale des Anspruches 4 kann der Verschleiß der mit dem Plus-Pol verbundenen Elektrode, die höher beansprucht wird, relativ gering gehalten werden.Due to the features of claim 4 Wear of the electrode connected to the plus pole higher demands are kept relatively low.

Die Merkmale des Anspruches 5 ermöglichen einen einfachen Aufbau der Aufnahme, wobei aber sichergestellt ist, daß die höher belastete Elektrode entsprechend gut gekühlt wird.The features of claim 5 allow one simple structure of the recording, but it is ensured that the more heavily loaded electrode is correspondingly well cooled becomes.

Durch Maßnahmen gemäß dem Anspruch 6 kann eine Ionisierung des aus der Düse ausströmenden Plasmagases im Bereich zwischen der Elektrode und der Düse aufgrund eines HF-Überschlages erreicht und damit die Zündung eines Lichtbogens zwischen der Elektrode und dem Werkstück aufgrund der angelegten Gleichspannung erreicht werden. Dabei ergibt sich auch eine sehr weitgehende Schonung des Plasmabrenners, da dieser nicht von dem sonst üblichen Pilotlichtbogen belastet ist.By measures according to claim 6, a Ionization of the plasma gas flowing out of the nozzle in the Area between the electrode and the nozzle due to an HF flashover reached and thus the ignition of an arc between the electrode and the workpiece due to the applied DC voltage can be achieved. It follows also a very extensive protection of the plasma torch, because this is not burdened by the usual pilot arc is.

Durch die Ionisierung aufgrund des HF-Überschlages, der die Düse thermisch nur sehr wenig beansprucht, ist es auch bei Verwendung von Helium als Plasmagas möglich, selbst über größere Abstände zwischen der Elektrode und dem Werkstück von z.B. 10mm problemlos zu zünden.By ionization due to the HF rollover, it does not put a great deal of thermal stress on the nozzle possible when using helium as plasma gas, even over larger distances between the electrode and the workpiece from e.g. Easy to ignite 10mm.

Die Verwendung einer aus einem elektrisch gut leitenden Material hergestellten Düse und deren Verbindung über einen hochohmigen elektrischen Widerstand mit dem mit dem Werkstück verbundenen Pol der Spannungsquelle ist auch bei erfindungsgemäßen Einrichtungen von Vorteil, bei denen der Pluspol der Spannungsquelle mit der die Düse durchsetzenden Elektrode verbunden ist.The use of an electrical good conductive material produced nozzle and their connection over a high-impedance electrical resistance with that with the Workpiece-connected pole of the voltage source is also at Devices according to the invention are advantageous in which the Positive pole of the voltage source with the one passing through the nozzle Electrode is connected.

Durch die Merkmale des Anspruches 8 kann eine solche Einrichtung sehr universell eingesetzt werden.Due to the features of claim 8, such Furnishing can be used very universally.

Die Merkmale des Anspruches 9 und 11 bewirken eine Einschnürung des Plasmas, bzw. vermeiden eine Aufweitung desselben aufgrund der Reibung des Plasmas an der Luft, das mit hoher Geschwindigkeit austritt, sodaß eine sehr hohe Konzentration der Energie erreicht wird.The features of claims 9 and 11 effect one Constriction of the plasma, or avoid expanding it due to the friction of the plasma in the air with escapes at high speed, so that a very high concentration the energy is achieved.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

  • Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
  • Fig. 2 einen Querschnitt durch die Einrichtung nach der Fig. 1,
  • Fig. 3 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
  • Fig. 4 eine Draufsicht auf die Einrichtung nach der Fig. 3,
  • Fig. 5 und 6 eine Einrichtung nach den Fig. 3 und 4 mit Versorgungsteil, teilweise geschnitten, in Ansicht und Draufsicht,
  • Fig. 7 ein Detail des Düsenbereichs,
  • Fig. 8 schematisch die elektrische Versorgung der Einrichtung,
  • Fig. 9 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Spannungsbeaufschlagung der Elektroden einer erfindungsgemäßen Einrichtung und
  • Fig. 10 ein Variante der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 im Schnitt.
    • The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. Show:
  • 1 shows a section through a first embodiment of a device according to the invention,
  • 2 shows a cross section through the device according to FIG. 1,
  • 3 shows a section through a second embodiment of a device according to the invention,
  • 4 is a plan view of the device according to FIG. 3,
  • 5 and 6 a device according to FIGS. 3 and 4 with supply part, partially cut, in view and plan view,
  • 7 shows a detail of the nozzle area,
  • 8 schematically the electrical supply of the device,
  • 9 shows a diagram of the time course of the voltage application to the electrodes of a device according to the invention and
  • Fig. 10 shows a variant of the embodiment of FIGS. 1 and 2 in section.

    • Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 ist eine Aufnahme 1 vorgesehen, die aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist. In dieser Aufnahme 1 sind zwei Halter 2, an deren unteren Enden Elektroden 3, 4 aus einem temperaturbeständigen Material, wie z.B. Wolfram, eingesetzt.In the embodiment according to FIGS. 1 and 2 a receptacle 1 is provided which consists of an electrical insulating material is made. In this shot 1 are two holders 2, at the lower ends of electrodes 3, 4 a temperature-resistant material such as Tungsten, used.

    Die Halter 2 sind aus einem elektrisch gut leitenden Material hergestellt und sind mit einer zentralen Bohrung 5 versehen, die im oberen und unteren Bereich über radiale Bohrungen 6 mit Kammern 7, 8 verbunden sind, von denen die Kammern 7 mit je einem Gaskanal 109, 109', über die Plasmagas getrennt zugeführt wird, verbunden sind, und die Kammern 8 mit je einer Ausströmdüse 9 9' verbunden sind.The holder 2 are made of an electrically highly conductive Material made and are with a central bore 5th provided that in the upper and lower area via radial Bores 6 are connected to chambers 7, 8, of which the Chambers 7, each with a gas channel 109, 109 ', via the plasma gas is fed separately, are connected, and the chambers 8 with one outflow nozzle 9 9 'are connected.

    Diese Düsen 9, 9' weisen kegelige Innenwände auf, wobei die Innenwand der Düse 9 im wesentlichen parallel zum kegeligen Endbereich der Elektrode 3 verläuft, wobei das freie Ende der Elektrode 3 abgeflacht sein kann. Die Elektrode 4 ist im Gegensatz zur Elektrode 3 im wesentlichen stumpf ausgebildet.These nozzles 9, 9 'have conical inner walls, the inner wall of the nozzle 9 being substantially parallel to the tapered end portion of the electrode 3, the free End of the electrode 3 can be flattened. The electrode 4 is in contrast to the electrode 3 essentially blunt educated.

    Weiters ist in der Aufnahme 1 ein Kühlkanal 10 vorgesehen, der von einem Zulauf 11 zu einem vom Halter 2 der Elektrode 4 durchsetzten Ringraum 12 und von diesem, aufgeteilt in zwei Zweigkanäle (Fig. 2) zu einem weiteren vom Halter 2 der Elektrode 3 durchsetzten Ringraum 13 und von diesem zu einem Auslauf 14 führt.Furthermore, there is a cooling channel 10 in the receptacle 1 provided that of an inlet 11 to one of the holder 2 of the Electrode 4 penetrates and divided by annular space 12 in two branch channels (Fig. 2) to another from the holder 2 of the Electrode 3 passes through annular space 13 and from this to one Spout 14 leads.

    Der elektrische Anschluß der beiden Elektroden 3, 4, bzw. deren Halter 2 kann über Schraubkappen 15, oder falls die Gaskanäle 109, 109' elektrisch leitende Wände aufweisen, über diese erfolgen. Im letzteren Fall kann der Anschluß über Anschlußnippel, über die Gas zugeführt wird, erfolgen.The electrical connection of the two electrodes 3, 4, or their holder 2 can screw caps 15, or if the Gas channels 109, 109 'have electrically conductive walls, about these are done. In the latter case, the connection can be made via Connection nipples via which gas is supplied are made.

    Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 ist zwischen den Düsen 9, 9' eine rohrförmige Führung 16 vorgesehen, die zur Führung eines als Zusatzmaterial dienenden Drahtes vorgesehen ist. Dabei ist die Führung 16 ausgekröpft.In the embodiment according to FIGS. 1 and 2 a tubular guide 16 between the nozzles 9, 9 ' provided that to serve as an additional material Wire is provided. The guide 16 is cranked out.

    Wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, kann die Aufnahme 1 sehr schmal ausgebildet werden.As can be seen from Fig. 2, the recording 1 be made very narrow.

    Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 und 2 verläuft die Elektrode 3 in der Gebrauchslage der Aufnahme 1 im wesentlichen vertikal und die Elektrode 4 schließt mit dieser einen spitzen Winkel ein der in der Regel 20° bis 70° betragen kann.In the embodiment according to FIGS. 1 and 2 the electrode 3 runs in the position of use of the receptacle 1 in essentially vertical and the electrode 4 closes with this an acute angle which is usually 20 ° to 70 ° can.

    Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4, sind zwei gleiche Elektroden 3 vorgesehen, die beide einen Winkel mit der Vertikalen einschließen.3 and 4, are two identical electrodes 3 are provided, both at an angle include with the vertical.

    Wie aus der Fig. 5 zu ersehen ist, weist die Aufnahme 1 flanschartige Fortsätze 16 auf, die von Schrauben 17 durchsetzt sind, mit denen die Aufnahme 1 an einem Anschlußkopf 18 befestigt werden kann, wobei die Schrauben 17 in Gewindebohrungen 19 des Anschlußkopfes 18 eingreifen.As can be seen from FIG. 5, the receptacle points 1 flange-like extensions 16 through which screws 17 pass with which the receptacle 1 on a connection head 18th can be attached, the screws 17 in threaded holes 19 of the connector head 18 engage.

    In diesem Anschlußkopf 18 sind federbelastete Anschlußnippel 20 axial verschiebbar gehalten, an denen eine Wasserzuleitung 21 und eine Wasserableitung 22 zur Zu- und Abfuhr von Kühlwasser angeschlossen sind, wobei diese federbelasteten Anschlußnippel 20 bei angeschlossener Aufnahme 1 in den Zu- bzw. Auslauf 11, 14 derselben eingreifen. Weiters sind in diesem Anschlußkopf 18 feststehende Anschlußnippel 23 vorgesehen, an denen Plasmagas, z.B. Helium, führende Gasleitungen 24 angeschlossen sind. Die feststehenden Anschlußnippel 23 greifen bei angeschlossener Aufnahme 1 in die Einlässe 25 der Gaskanäle 109, 109' der Aufnahme 1 ein. Dabei sind, wie auch beim Zu- und Auslauf 11, 14 in den Einlässen 25 O-Ringe zur Abdichtung eingesetzt.In this connection head 18 are spring-loaded Nipple 20 held axially displaceable, one of which Water supply line 21 and a water discharge line 22 for supply and Removal of cooling water are connected, this spring-loaded connecting nipple 20 when the receptacle is connected 1 engage in the inlet or outlet 11, 14 of the same. Furthermore, 18 are fixed connection nipples 23 in this connection head provided on which plasma gas, e.g. Helium, leading Gas lines 24 are connected. The fixed Connection nipples 23 engage with the receptacle 1 connected Inlets 25 of the gas channels 109, 109 'of the receptacle 1. there are, as with the inlet and outlet 11, 14 in the inlets 25 O-rings used for sealing.

    Weiters ist in dem Anschlußkopf 18 ein außermittig angeordneter Stift 26 gehalten, der in eine entsprechende Bohrung 27 einer Aufnahme 1 eingreift. Dadurch ist sichergestellt, daß ein Anschluß einer Aufnahme 1 an den Anschlußkopf nur in einer bestimmten Lage, in der eben eine richtige Durchströmung der Gas- und Kühlkanäle gegebenen ist, möglich ist.Furthermore, an eccentric is in the connection head 18 arranged pin 26 held in a corresponding Bore 27 engages a receptacle 1. This is ensured that a connection of a recording 1 to the Connection head only in a certain position, in which one correct flow through the gas and cooling channels is given, is possible.

    An den Anschlußkopf 18 können mit verschiedenen Elektroden 3, 4 bestückte Aufnahmen 1 angeschlossen werden, wobei ein solcher Wechsel sehr einfach durchgeführt werden kann.At the connection head 18 can with different Electrodes 3, 4 equipped receptacles 1 are connected, such a change can be carried out very easily can.

    Die Fig. 7 zeigt ein Detail des Düsenkörpers 9 für eine Elektrode 3, die ein kegeliges, bzw. im wesentlichen kegelstumpfförmiges Ende aufweist. Dabei verläuft die Innenwand 27 des Düsenkörpers 9 im wesentlichen parallel zum kegeligen Ende der Elektrode 3. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, daß das Plasmagas schräg gegen die Achse der Düse 9 gerichtet austritt und daher der Tendenz des austretenden Plasmas sich mit größer werdender Entfernung von der Mündung der Düse 9 aufgrund der Reibung an der Umgebungsluft aufzuweiten entgegengewirkt wird und sich daher auf einem zu bearbeitenden Werkstück in erwünschter Weise ein nur kleiner Brennfleck ergibt.7 shows a detail of the nozzle body 9 for an electrode 3, which is a conical, or substantially has a frustoconical end. The inner wall runs 27 of the nozzle body 9 substantially parallel to the tapered End of the electrode 3. This measure ensures that the plasma gas is directed obliquely against the axis of the nozzle 9 emerges and therefore the tendency of the emerging plasma itself with increasing distance from the mouth of the nozzle 9 due counteracted the expansion of the friction in the ambient air and therefore on a workpiece to be machined desirably gives only a small focal spot.

    Dabei sind in dem Düsenkörper 9 dessen kegelige Düsenbohrung 28 umgebende Kaltgaskanäle 29 vorgesehen, die gleichmäßig verteilt um die Düsenbohrung 28 konzentrisch angeordnet sind. Dabei bilden die Achsen dieser Kaltgaskanäle 29, von denen meist eine ungerade Zahl, z.B. 3, 5 oder 7 vorgesehen sind, Erzeugende einer Kegelfläche, deren Achse konzentrisch zur Achse der Düsenbohrung 28 liegt. Diese Kaltgaskanäle sind zur Kammer 8 hin offen und münden an der Stirnfläche des Düsenkörpers 9.Here are in the nozzle body 9 its conical Cold gas channels 29 surrounding the nozzle bore 28 are provided evenly distributed around the nozzle bore 28 concentrically are arranged. The axes of these cold gas channels form 29, of which mostly an odd number, e.g. 3, 5 or 7 are provided, generating a conical surface, the axis of which is concentric with the axis of the nozzle bore 28. This Cold gas channels are open to chamber 8 and open at the End face of the nozzle body 9.

    Das diese Kaltgaskanäle durchströmende Plasmagas bewirkt einerseits eine Kühlung des Düsenkörpers 9 und bewirkt eine weitere Einschnürung des aus der Düse 9 austretenden Plasmas und damit eine Verkleinerung des Brennflecks und somit eine Erhöhung der Energiekonzentration in diesem. Die Versorgung der Kammer 8 mit Plasmagas erfolgt über einen Gaskanal 109, 109', die oberen radialen Bohrungen 6 des Halters 2, dessen zentrale Bohrung 5 und die unteren radialen Bohrungen 6.The plasma gas flowing through these cold gas channels causes cooling of the nozzle body 9 and causes a further constriction of the exiting from the nozzle 9 Plasma and thus a reduction in the focal spot and thus an increase in energy concentration in this. The Chamber 8 is supplied with plasma gas via a Gas channel 109, 109 ', the upper radial bores 6 of the holder 2, its central bore 5 and the lower radial bores 6th

    Die Fig. 8 zeigt schematisch den Anschluß der erfindungsgemäßen Einrichtung. Dabei sind die Elektroden 3, 4 mit je einem Pol je einer Spannungsquelle 31, 32 angeschlossen, deren jeweils zweiter Pol über je eine Schalteinrichtung 33, 34 mit einem Werkstück 30 verbunden ist.Fig. 8 shows schematically the connection of the device according to the invention. The electrodes 3, 4 with one pole each, one voltage source 31, 32 connected, the respective second pole of each of which has a switching device 33, 34 is connected to a workpiece 30.

    Dabei sind die beiden Schalteinrichtungen 33, 34 gegeneinander verriegelt, sodaß jeweils nur eine Schalteinrichtung 33 oder 34 durchgeschaltet sein kann. Dabei sind für die beiden Schalteinrichtungen 33, 34 nur kurze Durchschaltzeiten vorgesehen, sodaß die Elektroden 3, 4 nur impulsweise beaufschlagt werden.The two switching devices 33, 34 locked against each other so that only one Switching device 33 or 34 can be switched through. there are only short for the two switching devices 33, 34 Switching times are provided so that the electrodes 3, 4 only impulsed.

    Für viele Anwendungen ist die in Schweißrichtung hinten liegende Elektrode 3 als Kathode geschaltet und mit dem Minus-Pol der Spannungsquelle 32 verbunden.For many applications this is in the welding direction rear electrode 3 connected as a cathode and with the Minus pole of the voltage source 32 connected.

    Typische Werte sind dabei z.B. eine Strombeaufschlagung von ca. 170A für eine Zeit von jeweils ca. 15ms und eine Pause von ca. 3ms. Während dieser Zeit schaltet die Schalteinrichtung 33 durch und die mit dem Plus-Pol der Stromquelle 31 verbindende Elektrode 4 wird mit ca: 250A für ca. 3ms beaufschlagt.Typical values are e.g. a Current application of approx. 170 A for a time of approx. 15ms and a pause of approx. 3ms. During this time switches the switching device 33 through and with the plus pole Electrode 4 connecting current source 31 is approx. 250 A for about 3ms applied.

    Bei einer solchen Betriebsweise können auch schwierig zu schweißende Legierungen sehr gut und rasch geschweißt werden, da durch die Beaufschlagung der Elektrode 4 die dadurch entstehenden Plasmaimpulse allfällige Oxidhäute sicher aufreißen und mit den nachfolgenden, durch die Beaufschlagung der Elektrode 3 bewirkten Plasmaimpulse das Grundmaterial sehr gut verschweißt werden kann.Such an operation can also be difficult Alloys to be welded welded very well and quickly be because of the action on the electrode 4 resulting plasma impulses any oxide skins safely tear open and with the following, by acting upon it the electrode 3 caused plasma impulses very much can be welded well.

    Für bestimmte Anwendungen ist es auch möglich in die Aufnahme 1 zwei Elektroden 3 einzusetzen und beide mit dem Minus-Pol je einer Gleichspannungsquelle 32 zu verbinden und diese im wesentlichen abwechselnd zu beaufschlagen, wobei jedoch auch Überlappungszeiten vorgesehen sein können. Da auf diese Weise die Belastung einer jeden Elektrode 3 entsprechend gering ist, können Elektroden 3 mit kleinem Durchmesser verwendet werden, wodurch die Aufnahme sehr schmal gebaut werden kann.For certain applications it is also possible in the Insert 1 insert two electrodes 3 and both with the Minus pole each to connect a DC voltage source 32 and to apply these essentially alternately, whereby however, overlap times can also be provided. There on this way the load of each electrode 3 accordingly is small, electrodes 3 with a small diameter can be used be made, which makes the recording very narrow can.

    Die Ausführungsform nach der Fig. 10 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 1 und 2 dadurch, dass in den über die Gaskanäle 109, 109' mit den Gasanschlüssen in Verbindung stehenden Kammern 8 schraubenlinienförmige Rippen 35 angeordnet sind, zwischen denen schraubenlinienförmig verlaufende Kanäle verbleiben, über die das Plasmagas zu den Düsen 9, 9' strömt.The embodiment according to FIG. 10 differs differs from that according to FIGS. 1 and 2 in that in the over the gas channels 109, 109 'in connection with the gas connections standing chambers 8 helical ribs 35 are arranged between which are helical channels remain, via which the plasma gas flows to the nozzles 9, 9 '.

    Dadurch wird diesem ein Drall aufgezwungen, der zu einer Stabilisierung des aus den Düsen 9, 9' mit hoher Geschwindigkeit austretenden Plasmas führt, wodurch eine Aufweitung des Plasmas aufgrund der Reibung an der im wesentlichen stehenden Luft weitgehend vermieden wird und sich auf dem zu bearbeitenden Werkstück 30 ein sehr kleiner Brennfleck mit hoher energiedichte ergibt.This forces a twist on it a stabilization of the from the nozzles 9, 9 'with high Escaping plasma leads to a Expansion of the plasma due to the friction on the essential standing air is largely avoided and on the workpiece 30 to be machined a very small one Focal spot with high energy density results.

    Claims (12)

    Einrichtung mit einem Plasmabrenner mit einer in einer Aufnahme (1) gehaltenen und mit einem elektrischen Anschluß verbundenen stabförmigen, nicht verzehrenden Elektrode (3, 4), die eine mit einem Gasanschluß in Verbindung stehende Düse (9) durchsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß in der aus einem elektrisch nicht leitenden Material hergestellten Aufnahme (1) eine weitere stabförmige nicht verzehrende Elektrode (3, 4) vorgesehen ist, die ebenfalls eine mit einem Gasanschluß in Verbindung stehende Düse (9') durchsetzt, wobei die beiden Elektroden (3, 4) einen spitzen Winkel einschließen und jede mit einer eigenen, Gleichspannungsimpulse liefernden Spannungsquelle (31, 32) verbunden ist, deren Höhe zumindest die Brennspannung eines Lichtbogens zwischen jeweils einer Elektrode (3, 4) und einer dieser zugeordneten, mit der selben Spannungsquelle (31, 32) verbundenen Gegenelektrode übersteigt, wobei die Spannungsversorgung bei unterschiedlicher Polung der beiden Elektroden (3, 4) über gegeneinander verriegelte Schalteinrichtungen (S1, S2) erfolgt, die eine gleichzeitige Spannungsbeaufschlagung der beiden stabförmigen Elektroden (3, 4) unterbinden.Device with a plasma torch with a rod-shaped, non-consuming electrode (3, 4) held in a receptacle (1) and connected to an electrical connection, which passes through a nozzle (9) connected to a gas connection, characterized in that in the A further rod-shaped, non-consumable electrode (3, 4) made of an electrically non-conductive material is provided, which also passes through a nozzle (9 ') connected to a gas connection, the two electrodes (3, 4) enclose an acute angle and each is connected to its own voltage source (31, 32) supplying DC voltage pulses, the height of which is at least the arc voltage of an arc between each electrode (3, 4) and one associated with the same voltage source (31, 32 ) connected counter electrode, the voltage supply with different polarity of the two electrodes (3, 4) Switching devices (S1, S2) interlocked against one another, which prevent simultaneous application of voltage to the two rod-shaped electrodes (3, 4). Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden stabförmigen Elektroden (3, 4) einen Winkel von 20° bis 70°, vorzugsweise 30° einschließen.Device according to claim 1, characterized in that the two rod-shaped electrodes (3, 4) enclose an angle of 20 ° to 70 °, preferably 30 °. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Pol einer jeden Spannungsquelle (31, 32) an einem zu bearbeitenden Werkstück (30) anschließbar ist, und die beiden stabförmigen Elektroden (3, 4) an unterschiedlichen Polen der beiden Spannungsquellen (31, 32) angeschlossen sind, wobei die mit einem Plus-Pol verbundene Elektrode (4) in Schweißrichtung vorne liegt.Device according to claim 1 or 2, characterized in that one pole of each voltage source (31, 32) can be connected to a workpiece (30) to be machined, and the two rod-shaped electrodes (3, 4) on different poles of the two voltage sources ( 31, 32) are connected, the electrode (4) connected to a positive pole being at the front in the welding direction. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einem Plus-Pol verbundene Elektrode (4) im Bereich ihres aus der Düse (9') vorragenden freien Endes im wesentlichen stumpf ausgebildet ist, wogegen die mit einem Minus-Pol verbundene Elektrode (3) im Bereich ihres freien Endes im wesentlichen kegelförmig ausgebildet ist.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electrode (4) connected to a plus pole is essentially blunt in the region of its free end projecting from the nozzle (9 '), whereas that with a minus pole connected electrode (3) is substantially conical in the region of its free end. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Aufnahme (1) ein Kühlkanal (10) vorgesehen ist, der in der Aufnahme (1) angeordnete und von den stabförmigen Elektroden (3, 4) oder deren Halter (2) durchsetzte Kammern (8) miteinander in Reihe und mit einem Zulauf (11) und einem Ablauf (14) verbindet, wobei jene Kammer (8), die von der mit einem Plus-Pol verbundenen Elektrode (4) durchsetzt ist, mit dem Zulauf (11) verbunden ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that a cooling channel (10) is provided in the receptacle (1), which is arranged in the receptacle (1) and is held by the rod-shaped electrodes (3, 4) or their holders (2 ) interspersed chambers (8) with each other in series and with an inlet (11) and an outlet (14), the chamber (8) which is penetrated by the electrode (4) connected to a positive pole with the inlet (11) is connected. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest jene Düse (9), die von einer mit dem Minus-Pol der jeweiligen Spannungsquelle (32) verbundenen Elektrode (3) durchsetzt ist, aus einem elektrisch gut leitenden Material hergestellt und über einen hochohmigen elektrischen Widerstand (1R2) im Bereich von 103 bis 106 Ohm, vorzugsweise 105 Ohm, mit dem mit dem Werkstück (30) verbundenen Pol der Spannungsquelle (32) verbunden ist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least that nozzle (9) which is penetrated by an electrode (3) connected to the minus pole of the respective voltage source (32) is made of an electrically highly conductive material and A high-resistance electrical resistor (1R2) in the range from 10 3 to 10 6 ohms, preferably 10 5 ohms, is connected to the pole of the voltage source (32) connected to the workpiece (30). Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest jene Düse (9), die von einer mit dem Plus-Pol der jeweiligen Spannungsquelle (32) verbundenen Elektrode (3) durchsetzt ist, aus einem elektrisch gut leitenden Material hergestellt und über einen hochohmigen elektrischen Widerstand (1R2) im Bereich von 103 bis 106 Ohm, vorzugsweise 105 Ohm, mit dem mit dem Werkstück (30) verbundenen Pol der Spannungsquelle (32) verbunden ist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least that nozzle (9) which is penetrated by an electrode (3) connected to the plus pole of the respective voltage source (32) is made of an electrically highly conductive material and A high-resistance electrical resistor (1R2) in the range from 10 3 to 10 6 ohms, preferably 10 5 ohms, is connected to the pole of the voltage source (32) connected to the workpiece (30). Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Aufnahme (1) zwischen den von den stabförmigen Elektroden (3, 4) durchsetzten Düsen (9, 9') eine Führung (16) für einen als Zusatzmaterial dienenden Draht vorgesehen ist. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that a guide (16) for a wire serving as additional material is provided in the receptacle (1) between the nozzles (9, 9 ') penetrated by the rod-shaped electrodes (3, 4) is. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einem Minus-Pol einer Spannungsquelle (32) verbundene Elektrode (3) eine konische Düse (9) mit ihrem kegeligen freien Endbereich durchsetzt, wobei die Kegelflächen der Düse (9) und der Elektrode (3) im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und einen Kegelwinkel von ca. 20° aufweisen.Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the electrode (3) connected to a negative pole of a voltage source (32) passes through a conical nozzle (9) with its conical free end region, the conical surfaces of the nozzle (9) and the electrode (3) run essentially parallel to one another and have a cone angle of approximately 20 °. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einem Plus-Pol einer Spannungsquelle (31) verbundene Elektrode (4) eine im wesentlichen zylindrische Düse (9') durchsetzt und zwischen deren Innenwand und der Elektrode (4) ein im wesentlichen konstanter Ringspalt verbleibt.Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the electrode (4) connected to a positive pole of a voltage source (31) passes through an essentially cylindrical nozzle (9 ') and enters between its inner wall and the electrode (4) essentially constant annular gap remains. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper der Düsen (9) mit dem jeweiligen Gasanschluß in Verbindung stehende Kaltgaskanäle (29) aufweisen, die konzentrisch zur Achse der Düsenbohrung (2) und gleichmäßig um diese verteilt angeordnet sind und an der freien Stirnseite der Düse (9) offen sind, wobei die Achsen dieser Kaltgaskanäle (29) Erzeugende einer Kegelfläche bilden, deren Spitze vor dem freien ende der Elektrode (3) liegt.Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the bodies of the nozzles (9) have cold gas channels (29) which are connected to the respective gas connection and are arranged concentrically to the axis of the nozzle bore (2) and distributed uniformly around the latter and are open on the free end face of the nozzle (9), the axes of these cold gas channels (29) forming generatrices of a conical surface, the tip of which lies in front of the free end of the electrode (3). Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in einer mit einem Gasanschluß in Verbindung stehenden und von einer Elektrode (3, 4), bzw. deren Halter (2) durchsetzten Kammer (8) schraubenlinienförmig verlaufende Rippen (30) angeordnet sind, die schraubenlinienförmige Kanäle definieren.Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that helically extending ribs (30) are arranged in a chamber (8) connected to a gas connection and penetrated by an electrode (3, 4) or its holder (2) that define helical channels.
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