用于等離子體割炬的電極結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于等離子體割炬的電極結(jié)構(gòu)，在電極支架或保持元件內(nèi)形成凹槽或鉆孔用以容納發(fā)射嵌件，在凹槽或鉆孔內(nèi)所插入的發(fā)射嵌件能夠以力傳遞、形狀匹配和/或材料的連續(xù)性被緊固。至少一個壓力均衡通道和/或至少暫時有效的壓力均衡通道通過發(fā)射嵌件存在于在凹槽或鉆孔和發(fā)射嵌件內(nèi)所形成的空腔和環(huán)境之間和/或發(fā)射嵌件的外套表面區(qū)域和凹槽或鉆孔的內(nèi)壁之間，凹槽或鉆孔形成在保持元件或電極支架內(nèi)。可替選或另外地，至少一個壓力均衡通道和/或至少暫時有效的壓力均衡通道通過保持元件存在于在凹槽或鉆孔和保持元件內(nèi)所形成的空腔和環(huán)境之間和/或保持元件的外套表面區(qū)域和凹槽或鉆孔的內(nèi)壁之間，凹槽或鉆孔形成在電極支架或保持元件內(nèi)。
【專利說明】用于等離子體割炬的電極結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001〕 本發(fā)明涉及一種用于等離子體割炬的電極結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]等離子體是由陽離子、陰離子、電子、以及激發(fā)的中性原子和分子組成的被高溫加熱的導電氣體。
[0003]多種氣體(例如，單原子氬氣和/或雙原子氣體氫氣、氮氣、氧氣或空氣)被用作等離子氣體。這些氣體通過等離子體電弧的能量離子化并且離解。
[0004]噴嘴和電極的設(shè)計會極大地影響等離子體射流的參數(shù)。等離子體射流的這些參數(shù)例如為射流直徑、溫度、能量密度和氣體的流速。
[0005]在等離子體切割中，等離子體通常受到噴嘴的限制，該噴嘴可以是氣冷的或者水冷的。由此可以實現(xiàn)高達2\1061八1112的能量密度。溫度在等離子體射流中上升高300001，這結(jié)合氣體的高流速可以對所有的導電材料具有非常高的切割速度。
[0006]等離子體炬主要包括等離子體炬頭1、電極7和噴嘴4 ；另外的部件可以是用于固定電極7的電極載架0110111^)6、噴嘴支架5和用于固定噴嘴4的噴嘴帽2。等離子氣體？通過等離子氣體導管3被供給到電極7和噴嘴4之間的空間內(nèi)并且最后通過噴嘴4流經(jīng)噴嘴鉆孔4.1。
[0007]當前的等離子體炬還具有保護性噴嘴帽9和輔助氣體導向件9.1，輔助氣體％借助該輔助氣體導向件被供給到等離子體射流。噴嘴4和電極7被頻繁地用液體冷卻劑(例如，水)冷卻。
[0008]目前，等離子體切割是一種用于切割導電材料的已知方法，其根據(jù)切割工作使用不同的氣體和氣體混合物。
[0009]于是，為此使用不同的電極7和噴嘴4。它們在等離子體炬的操作期間經(jīng)受磨損于是必須更換。為了能夠使用用于不同氣體或氣體混合物的等離子體炬，等離子體炬、電極7和噴嘴4被設(shè)計成使得通過更換電極7和噴嘴4等離子體炬可以用于不同的氣體。
[0010]電極7通常包括電極支架7.1和發(fā)射嵌件7.3。電極7通?？梢苑譃閮煞N設(shè)計形式。當用包含氧氣的等離子氣體切割時，通常使用所謂的平板電極，即，除了發(fā)射嵌件7.3的前發(fā)射表面之外，發(fā)射嵌件7.3位于電極支架7.1中。發(fā)射嵌件7.3包括鉿或鋯。電極支架7.1采用具有良好導電性和導熱性的材料，例如，銅或銀。在電極7中，為了采用不包含氧氣的氣體或氣體混合物(例如，氬氣、氫氣、氮氣)進行切割，通常具有摻雜物(例如，鑭)的鎢用作發(fā)射嵌件7.3的材料。發(fā)射嵌件7.3隨后被緊固在電極支架7.1中，但是與平板電極相比，發(fā)射嵌件7.3突出到電極支架7.1外面并且通常被稱為點電極。
[0011]還存在多個實施方式，其中，發(fā)射嵌件7.3連接至額外的保持元件7.2，且其中，保持元件7.2依次連接至電極支架7.1。
[0012]因此，電極支架7.1可以由銅制成、保持元件7.2可以由銀制成以及發(fā)射嵌件7.3可以由鉿、鋯或鎢制成。當然，不同的銅銀合金也可以用于電極支架7.1和保持元件7.2。電極支架7.1和保持元件7.2也可以包括相同的材料。
[0013]電極支架7.1的連接和發(fā)射嵌件7.3的連接，或電極支架7.1與保持元件7.2和/或發(fā)射嵌件7.3之間的連接以力傳遞的方式、形狀匹配的方式和/或采用材料的連續(xù)性來實現(xiàn)。
[0014]在這方面，對于連接來說重要的是，在操作期間能夠永久地保持連接，其中，具有良好的導熱性和導電性的連接(盡可能均勻)被保持和維持。
[0015]通常，發(fā)射嵌件7.3被插入到形成在電極支架7.1或保持元件7.2內(nèi)的鉆孔或不同形式的凹槽中，隨后通過釬焊或焊接連接利用材料的連續(xù)性、力傳遞(通過壓入配合)或形狀匹配(例如通過螺紋)緊固到其中。
[0016]在電極支架7.1和保持元件7.2之間也可以實現(xiàn)類似的連接。
[0017]有利地，在這方面，鉆孔或其它形式的凹槽僅在一側(cè)開口，使得發(fā)射嵌件7.3或保持元件7.2可以被插入開口。例如，鉆孔可以被配置為盲孔。然而，至少部分呈圓錐形狀形成的凹槽也可用于容納發(fā)射嵌件7.3或保持元件7.2。也不一定使用旋轉(zhuǎn)對稱的橫截面形狀。
[0018]發(fā)射嵌件7.3或保持元件7.2的外套表面和尺寸以與鉆孔或另一凹槽的幾何形狀和尺寸互補的形式被調(diào)整。
[0019]被彼此相對設(shè)置的部件或這些部件的面在接合到一起后通常相對于彼此具有非常接近的公差，這是因為接合在一起的部件之間的導熱性必須非常好。在相對設(shè)置的面之間的空間是負的(即，內(nèi)徑小于外徑，例如，一0.1mm)，直到“O”。
[0020]在這方面，對于以該方式接合到一起的部件存在的問題為:充滿空氣的空腔形成在鉆孔或不同形狀的凹槽內(nèi)。然而，該空腔由于非常精密的接合類型相對于環(huán)境以氣密方式被封閉。在接合之后，由于空腔內(nèi)部包含空氣，在等離子體割炬的操作期間溫度升高，導致空腔內(nèi)部出現(xiàn)過量的壓力，在等離子體割炬的操作過程中電極結(jié)構(gòu)被充分加熱，相應(yīng)地空氣膨脹且壓力增大。因此，接合連接可以以不想要的形式局部取消，或者在最糟糕的情況下被完全釋放。在高加速度下移出接合復合體的相應(yīng)釋放的部件甚至可能導致危險。在更長的操作期間，以及隨著磨損的增加，該問題變得更加嚴重，這是因為由于發(fā)射嵌件的回燒以及因材料移動導致的第二保持元件的回燒，使得接合部件的相對設(shè)置的面變得更小。
[0021]由于空腔內(nèi)包含濕氣，故會出現(xiàn)另外的問題。從而腐蝕或空化也會出現(xiàn)。從而，相應(yīng)地由此引起的材料移動也會同樣地對接合連接、導熱性和/或?qū)щ娦援a(chǎn)生負面影響。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0022]因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于等離子體割炬的電極結(jié)構(gòu)，其中采用互相接合的電極支架和發(fā)射嵌件和可選的額外的保持元件，具有良好的導熱性和導電性，在至少更長的操作時段內(nèi)可以具有安全性和操作安全性。
[0023]根據(jù)本發(fā)明，該目的通過具有權(quán)利要求1的特征的電極結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。利用從屬權(quán)利要求指出的特征可以實現(xiàn)有利的實施方式和進一步的改進。
[0024]在根據(jù)本發(fā)明的用于等離子體割炬的電極結(jié)構(gòu)中，在電極支架或保持元件內(nèi)形成在待處理工件的方向上在一側(cè)開口的凹槽或鉆孔用以容納發(fā)射嵌件。所插入的發(fā)射嵌件可以以力傳遞的方式、形狀匹配的方式和/或利用材料的連續(xù)性被緊固在鉆孔或凹槽內(nèi)。
[0025]至少一個壓力均衡通道通過發(fā)射嵌件存在于在凹槽或鉆孔和發(fā)射嵌件內(nèi)所形成的空腔和環(huán)境之間，和/或存在于發(fā)射嵌件的外套表面區(qū)域和凹槽或鉆孔的內(nèi)壁之間，凹槽或鉆孔形成在保持元件或電極支架內(nèi)。
[0026]以類似的方式，至少一個壓力均衡通道還可通過保持元件存在于在凹槽或鉆孔和保持元件內(nèi)所形成的空腔和環(huán)境之間，和/或存在于保持元件的外套表面區(qū)域和凹槽或鉆孔的內(nèi)壁之間，凹槽或鉆孔形成在電極支架或保持元件內(nèi)。
[0027]壓力均衡通道可以被形成為在外套表面處的鉆孔、溝槽或扁平部分。鉆孔可以被引導通過保持元件或通過發(fā)射嵌件。溝槽可以形成在電極支架和/或保持元件的內(nèi)壁(在凹槽或鉆孔的區(qū)域的內(nèi)壁)，或形成在保持元件和/或發(fā)射嵌件的外套表面。
[0028]還可以是，溝槽或扁平部分從空腔開始延伸直到進入接近保持元件和/或發(fā)射嵌件的面向工件的端面的區(qū)域中，使得至少在正常的室溫下以及在將保持元件和/或發(fā)射嵌件插入鉆孔或凹槽之后，在該端面的該區(qū)域中，在電極支架的內(nèi)壁和保持元件的外套表面之間，和/或在保持元件的內(nèi)壁和發(fā)射嵌件的外套表面之間，保持徑向周邊全區(qū)域接觸。因此，至少在室溫(約201 )下封閉以該方式形成的壓力均衡通道。然而，在保持元件和/或發(fā)射嵌件被插入期間，其至少可以暫時用于壓力均衡，這是因為在插入期間尺寸減小的空腔內(nèi)包含的空氣會通過以該方式形成的壓力均衡通道在插入期間在足夠長的時段內(nèi)連續(xù)地漏出到環(huán)境中，而空腔內(nèi)的內(nèi)部壓力就算有增加也只是增加微不足道的量。該相應(yīng)暫時有效的壓力均衡通道僅在插入鉆孔或凹槽的相應(yīng)的保持元件和/或發(fā)射嵌件到達端部位置之前簡單地封閉。在這種情況下，可以說壓力均衡通道至少暫時有效。
[0029]然而，在接合連接的尺寸合適并且為選擇的類型的情況下，壓力均衡可以在內(nèi)部壓力由于受熱而增加時發(fā)生。在這方面，在保持元件和/或發(fā)射嵌件的外套表面與鉆孔或凹槽的內(nèi)壁之間產(chǎn)生接觸區(qū)域，即沒有溝槽或扁平部分的區(qū)域，在面向工件的端面處的相應(yīng)的小的區(qū)域和接合連接應(yīng)當被選擇，其中，在面向工件的端面處各接合部件(電極支架、保持元件和/或發(fā)射嵌件)彼此直接接觸，這使得在空腔內(nèi)的內(nèi)部壓力增加時有開口可以用于壓力補償。
[0030]如果壓力均衡通道形成在電極支架處的空腔與在保持元件和發(fā)射嵌件之間的空腔之間，則這些壓力均衡通道應(yīng)該被布置或形成為使得它們相互連通。
[0031]在由溝槽或扁平部分形成壓力均衡通道的情況下，在發(fā)射嵌件與保持元件或電極支架的接合區(qū)域中的總表面的至少90%，優(yōu)選地至少93%，特別優(yōu)選地至少96%的接合區(qū)域中，觀測到發(fā)射嵌件或保持元件的外套表面和保持元件或電極支架的內(nèi)壁之間的接觸表面，使得用于導熱性和導電性的條件可以被保持得盡可能的好。
[0032]壓力均衡通道可以相對于中間縱向軸線1傾斜一定的角度，其中觀測到的傾斜角度的最大值為45。，優(yōu)選地為30。，特別優(yōu)選地為15。。
[0033]壓力均衡通道與縱向軸線1平行延伸是最簡單的。
[0034]形成壓力均衡通道的溝槽或扁平部分也可以是從空腔開始直到保持元件或發(fā)射嵌件的面向工件的端面的螺旋形狀。
[0035]至少在從開口開始的區(qū)域中，鉆孔或凹槽可以形成為呈圓錐形狀漸縮和/或具有階梯狀的內(nèi)徑或具有自由橫截面。待插入該鉆孔或凹槽并且應(yīng)當接合該鉆孔或凹槽的保持元件和/或發(fā)射嵌件的外套表面應(yīng)當以與鉆孔或凹槽互補的方式形成。
[0036]保持元件和/或發(fā)射嵌件的外套表面可以被形成為相對于中間縱向軸線以角度Y、S傾斜，角度Y、δ在Γ至5°的范圍內(nèi)，優(yōu)選在1°至3°的范圍內(nèi)，和/或倒角可以在徑向外端面邊緣處以角度α形成，角度α在10°至40°的范圍內(nèi)，優(yōu)選在10°至20°的范圍內(nèi)。這將便于在接合時組裝。
[0037]在溝槽的至少一個外邊緣處，在由溝槽形成的壓力均衡通道處，可以存在凸起部，其中，該溝槽形成在保持元件和/或發(fā)射嵌件的外套表面處。凸起部也可以沿著溝槽于電極支架或保持元件的內(nèi)壁之間的過渡部形成。通過這些凸起部可以實現(xiàn)額外的形狀匹配連接和防止旋轉(zhuǎn)的安全性。
[0038]如果選擇電極支架和/或保持元件內(nèi)的鉆孔的直徑、或凹槽的自由橫截面、以及保持元件和/或發(fā)射嵌件(可以被插入鉆孔或凹槽用以接合)的外套表面的外徑，使得可以實現(xiàn)壓入配合，則這是有利的。在這方面，通過合適的尺寸和材料選擇利用在壓入時的相應(yīng)選擇的力，可以單獨地形成壓入配合。然而，此外，也可以利用接合部件的不同溫度。例如，較冷的保持元件可以被插入到被加熱的電極支架的鉆孔或凹槽中。類似地，還可以接合具有電極支架或保持元件的發(fā)射嵌件。
[0039]壓力均衡通道的自由橫截面應(yīng)當盡可能的小,但是對于壓力均衡應(yīng)足夠大。
[0040]電極支架和保持元件可以由銅或銅合金制成。在這方面，銀合金是特別有利的。在這方面，銀的比例可以被選擇為至少50%。電極支架和保持元件可以由相同的材料制成。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0041]通過以下示例更詳細地解釋本發(fā)明。
[0042]其中示出:
[0043]圖1是等離子體割炬的示例的截面表示；
[0044]圖2.1是連接在一起的電極支架和發(fā)射嵌件；
[0045]圖2.2是具有電極支架、保持元件和發(fā)射嵌件的電極結(jié)構(gòu)；
[0046]圖2.3是具有電極支架、保持元件和發(fā)射嵌件的電極結(jié)構(gòu)；
[0047]圖2.4是具有電極支架、保持元件和發(fā)射嵌件的電極結(jié)構(gòu)；
[0048]圖3.1是可以在本發(fā)明中使用的電極支架的示例；
[0049]圖3.2是可以在本發(fā)明中使用的電極支架的另一示例；
[0050]圖3.3是可以在本發(fā)明中使用的電極支架的另一示例；
[0051]圖4.1是具有連續(xù)溝槽作為壓力均衡通道的保持元件的平面圖；
[0052]圖4.2是圖4.1中的保持元件的側(cè)視圖；
[0053]圖4.3是具有不連續(xù)溝槽的保持元件的另一示例的平面圖；
[0054]圖4.4是具有不連續(xù)溝槽的保持元件的另一示例的側(cè)視圖；
[0055]圖5.1是具有連續(xù)的扁平部分的保持元件的平面圖；
[0056]圖5.2是具有連續(xù)的扁平部分的保持元件的側(cè)視圖；
[0057]圖5.3是具有不連續(xù)的扁平部分的保持元件的平面圖；
[0058]圖5.4是具有不連續(xù)的扁平部分的保持元件的側(cè)視圖；
[0059]圖6.1是形成有階梯和連續(xù)溝槽的保持元件的側(cè)視圖；
[0060]圖6.2是形成有階梯和連續(xù)溝槽的保持元件的平面圖；
[0061]圖6.3是形成有階梯、不連續(xù)溝槽和倒角的保持元件的側(cè)視圖；
[0062]圖6.4是形成有階梯、不連續(xù)溝槽和倒角的保持元件的平面圖；
[0063]圖7.1是形成有階梯和連續(xù)的扁平部分的保持元件的側(cè)視圖；
[0064]圖7.2是形成有階梯和連續(xù)的扁平部分的保持元件的平面圖；
[0065]圖7.3是形成有階梯和呈圓錐形狀的不連續(xù)的扁平部分的保持元件的側(cè)視圖；
[0066]圖7.4是形成有階梯和呈圓錐形狀的不連續(xù)的扁平部分的保持元件的平面圖；
[0067]圖8.1是形成有階梯、連續(xù)的扁平部分和連續(xù)溝槽的保持元件的側(cè)視圖；
[0068]圖8.2是形成有階梯、連續(xù)的扁平部分和連續(xù)溝槽的保持元件的平面圖；
[0069]圖8.3是形成有階梯、具有不連續(xù)的扁平部分和不連續(xù)溝槽的保持元件(在后面呈圓錐形狀形成、在前面呈圓柱形狀形成)的側(cè)視圖；
[0070]圖8.4是形成有階梯、具有不連續(xù)的扁平部分和不連續(xù)溝槽的保持元件(在后面呈圓錐形狀形成、在前面呈圓柱形狀形成)的平面圖；
[0071]圖9.1是具有向中軸線傾斜的連續(xù)溝槽的保持元件的側(cè)視圖；
[0072]圖9.2是具有向中軸線M傾斜的不連續(xù)溝槽的保持元件的側(cè)視圖；
[0073]圖10.1是具有在內(nèi)部鉆孔表面內(nèi)的溝槽的電極支架的平面圖；
[0074]圖10.2是具有在內(nèi)部鉆孔表面內(nèi)的溝槽的電極支架的截面?zhèn)纫晥D；
[0075]圖10.3是具有在帶有尖端的內(nèi)部鉆孔表面內(nèi)的溝槽的電極支架的截面?zhèn)纫晥D；
[0076]圖11.1是具有在內(nèi)部鉆孔表面內(nèi)的向中軸線M傾斜的溝槽的電極支架的平面圖；
[0077]圖11.2是具有在內(nèi)部鉆孔表面內(nèi)的向中軸線M傾斜的溝槽的電極支架的截面?zhèn)纫晥D；
[0078]圖11.3是具有在帶有尖端的內(nèi)部鉆孔表面內(nèi)的向中軸線M傾斜的溝槽的電極支架的截面?zhèn)纫晥D；
[0079]圖12.1是具有不連續(xù)溝槽和倒角的發(fā)射嵌件的側(cè)視圖；
[0080]圖12.2是具有不連續(xù)溝槽和倒角的發(fā)射嵌件的平面圖；
[0081]圖12.3是具有不連續(xù)溝槽和倒角的呈圓錐形狀形成的發(fā)射嵌件的側(cè)視圖；以及
[0082]圖13.1至圖13.5是保持元件或發(fā)射嵌件中不同溝槽形狀的示例。
【具體實施方式】
[0083]圖1示出了等離子體割炬I的截面表示，具有:噴嘴帽2、等離子氣體供給管道3、具有噴嘴鉆孔4.1的噴嘴4、噴嘴支架5、電極結(jié)構(gòu)的容納器6、和電極結(jié)構(gòu)7。電極結(jié)構(gòu)7形成有電極支架7.1和發(fā)射嵌件7.3，電極支架7.1具有保持元件7.2，發(fā)射嵌件7.3連接至保持元件7.2。附圖標記8表示噴嘴保護帽支架，噴嘴保護帽9被緊固到該噴嘴保護帽支架。通過氣體導管9.1供給輔助氣體SG。此外，在等離子體割炬I處存在用于等離子氣體PG的供給管道、冷卻劑回流管道WR1、冷卻劑回流管道WR2、冷卻劑供給管道WVl和冷卻劑供給管道WV2。
[0084]圖2.1示出了電極結(jié)構(gòu)的示例，鉆孔形成在電極支架7.1中且位于面向工件的端面7.1.1處，該鉆孔具有布置在其中的開口。發(fā)射嵌件7.3插入該鉆孔，通過壓入配合方式建立接合連接。從圖中可以看出，發(fā)射嵌件7.3沒有完全插入鉆孔，使得在發(fā)射嵌件7.3的背離工件的端面區(qū)域中和鉆孔內(nèi)留下空腔，在該空腔內(nèi)能夠包含空氣。在這方面，溝槽7.3.3形成在發(fā)射嵌件7.3的外套表面處，并且在該示例中，從發(fā)射嵌件7.3的遠離工件的端面開始，溝槽7.3.3形成為在面向工件的端面的方向上與中間縱向軸線1平行。然而，溝槽7.3.3并不是一直延伸到發(fā)射嵌件7.3的面向工件的端面，使得當發(fā)射嵌件7.3已經(jīng)完全插入電極支架7.1的鉆孔7.4時，存在徑向周邊的接觸區(qū)域。因此，形成有溝槽7.3.3的壓力均衡通道只能在發(fā)射嵌件7.3插入鉆孔7.4時被暫時使用。
[0085]圖2.2示出了電極結(jié)構(gòu)的示例，在該電極結(jié)構(gòu)中發(fā)射嵌件7.3已經(jīng)插入在保持元件7.2內(nèi)所形成的鉆孔7.2.1，并且已經(jīng)被接合到保持元件7.2。在保持元件7.2中的鉆孔
7.2.1內(nèi)也存在通過發(fā)射嵌件7.3以氣密方式封閉的空腔。
[0086]由于保持元件7.2也已經(jīng)以類似的方式固定在電極支架7.1中所形成的鉆孔7.4內(nèi)，故在電極支架7.1中所形成的鉆孔7.4內(nèi)也存在通過保持元件7.2以氣密方式封閉的空腔。
[0087]在該示例中，溝槽7.2.3從一端面直到相對設(shè)置的端面形成在保持元件7.2處。以這種方式形成的壓力均衡通道可以在插入鉆孔7.4之后有效，可選地，如果溝槽7.2.3的足夠自由的橫截面在其長度上保持自由，則也可以在接合之后有效。
[0088]圖2.3示出了電極結(jié)構(gòu)7的示例，在該電極結(jié)構(gòu)中，發(fā)射嵌件7.3已經(jīng)插入在保持元件7.2內(nèi)所形成的鉆孔7.2.1中。保持元件7.2依次插入電極支架7.1的鉆孔7.4，并在其中連接到電極支架7.1。
[0089]在這方面，相應(yīng)的溝槽7.2.3在保持元件7.2的徑向外套表面處延伸，如圖2.2的示例那樣，相應(yīng)的溝槽7.3.3在保持元件7.2的徑向外套表面從一端面延伸直到相對設(shè)置的端面。因此，存在這樣的可能性:通過在發(fā)射嵌件7.3插入(可選地，接合)保持元件7.2的鉆孔7.2.1以及保持元件7.2插入(可選地，接合)電極支架7.1的鉆孔7.4之后由此所形成的壓力均衡通道，也可以實現(xiàn)壓力均衡。
[0090]圖2.4中示出的示例與圖2.3的示例的不同之處在于:在保持元件7.2的徑向外套表面處形成僅一個溝槽7.2.3，如圖2.1中的溝槽7.3.3，該溝槽7.2.3沒有從一端面延伸直到相對設(shè)置的端面，使得在面向工件的區(qū)域中存在接觸區(qū)域，所述接觸區(qū)域能夠具有密封效果，使得通過溝槽7.2.3在保持元件7.2處形成壓力均衡通道，該壓力均衡通道在保持元件7.2插入電極支架7.1的鉆孔7.4時暫時起作用。
[0091]圖3.1至圖3.3示出了在電極支架7.1中所形成的鉆孔7.4的示例。在這方面，鉆孔7.4通常是所謂的盲孔，然而，每個盲孔具有不同形狀的遠離工件的端面7.1.6。在圖
3.3中示出的示例中，鉆孔7.4具有兩個不同的內(nèi)徑01和02的階梯。待插入鉆孔7.4的發(fā)射嵌件7.3應(yīng)該是互補設(shè)計，外套表面應(yīng)該形成為同樣形成有兩個直徑的階梯且應(yīng)該對應(yīng)于直徑01和02，可選地與直徑01和02相同。
[0092]圖4.1和圖4.2以兩個視圖示出了可以在本發(fā)明中使用的保持元件7.2的示例。在這方面，保持元件7.2也具有鉆孔7.2.1，在該鉆孔7.2.1中可以固定發(fā)射嵌件7.3。溝槽7.2.3形成在保持元件7.2的外套表面7.2.2處，依次在環(huán)境與鉆孔7.4的內(nèi)部的如上文已經(jīng)說明的形成的空腔之間建立連接，使得通過溝槽7.2.3形成壓力均衡通道。例如，也可以使用如圖5.1中所示的扁平部分來代替溝槽7.2.3。
[0093]圖4.3和圖4.4中示出的示例與圖4.1和圖4.2中的示例的不同之處在于:溝槽7.2.3不是在保持元件7.2的整個長度上延伸，即不是完全從空腔延伸直到環(huán)境；在這方面，不能隨意地獲得這樣的區(qū)域:在該區(qū)域內(nèi)，全區(qū)域的接觸還是存在于電極支架7.1的內(nèi)壁和保持元件7.2的外套表面之間。然而，該區(qū)域很短或很小，使得在保持元件7.2壓入電極支架7.1 (仍然參見圖2.4)時，在空腔中的內(nèi)部壓力增大的情況下，也可以實現(xiàn)壓力均衡。
[0094]圖5.1至圖5.4中示出的示例與圖4.1至圖4.4中的示例的不同之處僅在于:代替溝槽7.2.3，通過在保持元件7.2的外套表面處簡單的、平面的、平坦的材料移除而形成扁平部分。
[0095]在圖6.1至圖6.4中所示的示例示出了保持元件7.2,在該保持元件中，以兩個直徑為D4和D3的階梯形成外徑。在這方面，直徑D3大于直徑D4且布置在面向工件的一側(cè)處。在圖6.3和圖6.4中，在端面7.2.4和端面7.2.6的徑向外側(cè)邊緣處形成具有角度α和β的倒角。
[0096]此外，盲孔7.2.1也形成在保持元件7.2內(nèi)，發(fā)射嵌件7.3可以插入該盲孔7.2.1中且被固定到該盲孔中。在保持元件的具有外徑D3和D4的徑向外套表面處形成兩個溝槽7.2.3和7.2.5，用于在空腔和環(huán)境之間形成壓力均衡通道，該空腔形成在保持元件7.2內(nèi)的鉆孔7.2.1的遠離工件的端面區(qū)域中。在未示出的形式中，這種溝槽也可以單獨地或者額外地形成在鉆孔的內(nèi)壁，該鉆孔形成在電極支架7.1內(nèi)，用于容納保持元件7.2。
[0097]在本發(fā)明中可使用的且在圖7.1至圖7.4中示出的保持元件7.2中，扁平部分7.2.3和7.2.5代替溝槽存在于外套表面7.2.2和外套表面7.2.4處，用以形成壓力均衡通道。再次選擇具有不同的外徑D3和D4的階梯構(gòu)造。根據(jù)圖7.3和圖7.4的示例，這兩個階梯額外地形成為從面向工件的一側(cè)開始呈圓錐形狀漸縮。在這方面，選擇錐角δ和γ。通過該構(gòu)造，將保持元件7.2插入鉆孔/凹槽是方便的，并且電極支架7.1和保持元件7.2之間的接合可以更安全地實現(xiàn)，其中，保持元件7.2與鉆孔/凹槽的兩個直徑以及圓錐形設(shè)計自然應(yīng)當是互補的。
[0098]在圖8.1至圖8.4示出的保持元件7.2的示例中，扁平部分7.2.3和7.2.5代替溝槽形成在保持元件7.2的外套表面處。用于容納發(fā)射嵌件7.3的直徑為D5的鉆孔7.2.1形成在內(nèi)部。
[0099]在圖8.3和圖8.4示出的示例中，面向工件的區(qū)域具有恒定的外徑D3并且是圓柱形狀。相反，遠離工件的區(qū)域再次以呈圓錐形狀漸縮的方式形成，在端面7.2.4處具有最小外徑D4。同樣地畫出錐角Y。同樣設(shè)置有具有角度β的倒角的端面邊緣形成在直徑為D3的圓柱形區(qū)域的遠離工件的一側(cè)處。
[0100]圖9.1和圖9.2示出了保持元件7.2的示例，在該保持元件中，用于壓力均衡通道的溝槽7.2.3以相對于中間縱向軸線M成角度ε而形成，該溝槽形成在保持元件7.2的從端面表面7.2.7直到相對設(shè)置的端側(cè)表面7.2.8的整個長度上。在這方面，溝槽7.2.3形成在保持元件7.2的外套表面。在這方面，圖9.1示出了連續(xù)的溝槽而圖9.2示出了不連續(xù)的溝槽7.2.3。
[0101]在端面7.2.7的徑向外端面邊緣處，形成有角度為α的倒角，該倒角便于插入且改善了用于空腔和環(huán)境之間的壓力均衡通道的條件，其中，該空腔布置在端側(cè)表面7.2.2的上方。
[0102]以不同的視圖和以截面，圖10.1和10.2示出了電極支架7.1的一個示例，圖10.3示出了電極支架7.1的另一示例。在這方面，在電極支架7.1中存在一側(cè)開口的鉆孔7.4，用于插入并固定發(fā)射嵌件7.3。在鉆孔7.4的內(nèi)壁處形成溝槽7.1.5，能夠得到空腔和鉆孔
7.4的端面7.1.6之間的壓力均衡，該空腔形成在被插入鉆孔7.4的發(fā)射嵌件7.3的遠離工件的端面的上方。鉆孔7.4的內(nèi)徑為01，在圖10.2中，該鉆孔7.4的端部是平的，而在圖10.3中該鉆孔7.4的端部是尖的。發(fā)射嵌件7.3(未示出)的外徑應(yīng)當非常接近直徑01、與直徑01相同或甚至大于直徑01，使得通過壓入配合可以實現(xiàn)接合而不需要額外的材料(可能的話)。
[0103]對應(yīng)于圖10.1至圖10.3中的要點，在圖11.1至圖11.3中示出了電極支架7.1的示例。只是溝槽7.1.5相對于中間縱向軸線1以角度8傾斜。并且，在這方面，通過示例，溝槽7.1.5被形成為不是在其從遠離工件的一側(cè)開始直到面向工件的一側(cè)的長度上具有恒定的橫截面。
[0104]圖12.1至圖12.2示出了發(fā)射嵌件7.3的示例，該發(fā)射嵌件的外徑為06。在圖12.1示出的示例中，發(fā)射嵌件7.3是具有恒定外徑06的圓柱形狀。具有角度^的倒角僅形成在遠離工件一側(cè)的端部邊緣區(qū)域中。
[0105]溝槽7.3.3形成在外套表面處，該溝槽在該示例中并沒有完全從端面7.3.7延伸至相對設(shè)置的端面7.3.8。由此保留了發(fā)射嵌件7.3的外套表面的一個小區(qū)域，在該小區(qū)域內(nèi)，在發(fā)射嵌件7.3的外套表面和鉆孔7.4的內(nèi)壁之間存在徑向周邊接觸，該鉆孔7.4形成在電極支架7.1內(nèi)或形成在保持元件7.2內(nèi)，以及發(fā)射嵌件7.3可插入該鉆孔。該區(qū)域直接鄰接發(fā)射嵌件7.3的面向工件的端面7.3.8。然而，由于該接觸區(qū)域非常小，因此在將發(fā)射嵌件7.3壓入電極支架7.1或者保持元件7.2時，在布置在遠離工件的端面7.3.3處的空腔中的相應(yīng)的壓力增加，但與環(huán)境的壓力均衡還是會發(fā)生。在圖12.3所示的示例中，在遠離工件的一側(cè)的方向上以角度、以呈圓錐形狀向外漸縮的方式形成發(fā)射嵌件7.3，具有倒角0的倒角形成在端側(cè)面7.3.7的端側(cè)邊緣處。
[0106]圖13.1至圖13.5示出了可形成在保持元件7.2的外套表面或發(fā)射嵌件7.3的外套表面處的溝槽或扁平部分7.2.3,7.2.5或7.3.3的幾何設(shè)計的多個示例。然而，以類似的方式，這些幾何形狀也可以被用于形成在鉆孔7.4或7.2.1的內(nèi)壁處的溝槽。
[0107]在圖13.5所示的示例中，凸起部7.3.9形成在溝槽7.3.3的外邊緣處，由此，通過發(fā)射嵌件7.3與保持元件7.2在相應(yīng)的鉆孔7.2.1中的形狀匹配，或保持元件7.2與電極支架7.1在相應(yīng)的鉆孔7.4中的形狀匹配，可以實現(xiàn)防止旋轉(zhuǎn)的安全性以及在接合上的改進的、更安全的固定。
[0108]附圖標記列表:
[0109]1等離子體炬
[0110]2噴嘴帽
[0111]3等離子氣體導管
[0112]4噴嘴
[0113]4.1 噴嘴鉆孔
[0114]5噴嘴支架
[0115]6電極容納器
[0116]7電極或電極結(jié)構(gòu)
[0117]7.1電極支架
[0118]7.1.1前表面
[0119]7.1.2外表面
[0120]7.1.3內(nèi)表面
[0121]7.1.4內(nèi)表面
[0122]7.1.5溝槽或扁平部分
[0123]7.1.6內(nèi)表面
[0124]7.2保持元件
[0125]7.2.1鉆孔
[0126]7.2.2外表面
[0127]7.2.3溝槽或扁平部分
[0128]7.2.4外表面
[0129]7.2.5溝槽或扁平部分
[0130]7.2.6表面
[0131]7.2.7遠離工件的端面
[0132]7.2.8面向工件的端面
[0133]7.2.9內(nèi)壁
[0134]7.2.10凸起部
[0135]7.2.11鉆孔7.2.1的端部的內(nèi)表面
[0136]7.3發(fā)射嵌件
[0137]7.3.2外套表面
[0138]7.3.3溝槽或扁平部分
[0139]7.3.7遠離工件的端面
[0140]7.3.8面向工件的端面
[0141]7.3.9溝槽和外表面之間的凸起部
[0142]7.4鉆孔
[0143]8噴嘴保護帽支架
[0144]9噴嘴保護帽
[0145]9.1輔助氣體導管
[0146]Dl內(nèi)徑
[0147]D2內(nèi)徑
[0148]D3外徑
[0149]D4外徑
[0150]D5內(nèi)徑
[0151]M中間縱向軸線
[0152]PG等離子氣體
[0153]SG輔助氣體
[0154]WRl 冷卻劑回流管道
[0155]鼎2 冷卻劑回流管道
[0156]驟1冷卻劑供給管道
[0157]驟2 冷卻劑供給管道
[0158]0角度(倒角)
[0159]0角度(倒角)
[0160]V角度(錐角)
[0161]8角度(錐角)
[0162]6角度
【權(quán)利要求】
1.一種用于等離子體割炬的電極結(jié)構(gòu)，其中，在電極支架或保持元件內(nèi)形成在待處理工件的方向上在一側(cè)開口的凹槽或鉆孔用以容納發(fā)射嵌件，在所述凹槽或鉆孔內(nèi)，所插入的發(fā)射嵌件能夠以力傳遞的方式、形狀匹配的方式和/或利用材料的連續(xù)性被緊固，其特征在于， 至少一個壓力均衡通道和/或至少暫時有效的壓力均衡通道通過所述發(fā)射嵌件(7.3)存在于在凹槽或鉆孔(7.2.1,7.4)和所述發(fā)射嵌件(7.3)內(nèi)所形成的空腔和環(huán)境之間，和/或存在于所述發(fā)射嵌件(7.3)的外套表面區(qū)域和所述凹槽或鉆孔(7.2.1,7.4)的內(nèi)壁之間，所述凹槽或鉆孔(7.2.1、7.4)形成在所述保持元件(7.2)或所述電極支架(7.1)內(nèi)；和/或 至少一個壓力均衡通道和/或至少暫時有效的壓力均衡通道通過所述保持元件(7.2)存在于在凹槽或鉆孔(7.2.1)和所述保持元件(7.2)內(nèi)所形成的空腔和環(huán)境之間，和/或存在于所述保持元件(7.2)的外套表面區(qū)域和所述凹槽或鉆孔(7.4)的內(nèi)壁之間，所述凹槽或鉆孔(7.4)形成在所述電極支架(7.1)或所述保持元件(7.2)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，壓力均衡通道被形成為在外套表面(7.2.2,7.2.4,7.3.2)處的鉆孔、溝槽或扁平部分(7.2.3,7.2.5,7.3.3)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，溝槽或扁平部分(7.2.3、7.2.5、7.3.3)從所述空腔開始延伸直到進入接近保持元件(7.2)和/或發(fā)射嵌件(7.3)的面向工件的端面(7.2.8)的區(qū)域中，使得至少在正常的室溫下，在該端面(7.2.8)的該區(qū)域中，在所述電極支架(7.1)的內(nèi)壁和所述保持元件(7.2)的外套表面(7.2.2)之間，和/或在所述保持元件(7.2)的內(nèi)壁和所述發(fā)射嵌件(7.3)的外套表面(7.3.2)之間觀測到徑向周邊全區(qū)域接觸。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，在由溝槽或扁平部分(7.2.5)形成壓力均衡通道的情況下，在發(fā)射嵌件(7.3)與保持元件(7.2)或電極支架(7.1)的接合區(qū)域中的總表面的至少90%，優(yōu)選地至少93%，特別優(yōu)選地至少96%的接合區(qū)域中，觀測到所述發(fā)射嵌件(7.3)或所述保持元件(7.2)的外套表面和所述保持元件(7.2)或所述電極支架(7.1)的內(nèi)壁之間的接觸表面。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，壓力均衡通道與中間縱向軸線M平行或相對于中間縱向軸線M成傾斜角度ε，其中所觀測的傾斜角度的最大值為45°、優(yōu)選地為30°、特別優(yōu)選地為15°。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，在從開口開始的至少一個區(qū)域中，鉆孔或凹槽(7.2.1,7.4)形成為呈圓錐形狀漸縮和/或具有階梯狀的內(nèi)徑或具有自由橫截面，所述保持元件(7.2)和/或所述發(fā)射嵌件(7.3)的外套表面(7.2.2,7.2.4、7.3.2)以與所述鉆孔或凹槽互補的方式形成。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，保持元件(7.2)和/或發(fā)射嵌件(7.3)的外套表面(7.2.2,7.2.4,7.3.2)相對于中間縱向軸線M以角度、傾斜，角度Y在1°至5°的范圍內(nèi)，優(yōu)選在1°至3°的范圍內(nèi)，和/或倒角形成在徑向外端面邊緣處且具有在10°至40°范圍內(nèi)、優(yōu)選在10°至20°范圍內(nèi)的角度。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，在溝槽(7.2.3、7.2.5、7.3.3)的至少一個外邊緣處，在由所述溝槽(7.2.3、7.2.5、7.3.3)形成的壓力均衡通道處，存在凸起部(7.2.10,7.3.9)，其中，所述溝槽(7.2.3,7.2.5,7.3.3)形成在所述保持元件(7.2)和/或所述發(fā)射嵌件(7.3)的外套表面處。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，凸起部(7.3.9)沿著溝槽(7.2.3,7.2.5,7.3.3)與所述電極支架(7.1)或所述保持元件(7.2)的鉆孔或凹槽(7.2.1,7.4)的內(nèi)壁(7.1.3)之間的過渡部而形成。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，選擇所述電極支架(7.1)和/或所述保持元件(7.2)內(nèi)的鉆孔(7.2.1,7.4)的直徑、或凹槽的自由橫截面、以及所述保持元件(7.2)和/或所述發(fā)射嵌件(7.3)的外套表面(7.2.2,7.2.4,7.3.2)的外徑，使得能夠?qū)崿F(xiàn)壓入配合，所述發(fā)射嵌件(7.3)能夠被插入鉆孔或凹槽(7.2.1,7.4)用以接合。
【文檔編號】B23K10/00GK104439662SQ201410469978
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】拉爾夫-彼得·雷因克, 弗蘭克·勞里施, 沃克·克林克 申請人:卡爾伯格-基金會