專利名稱：用于等離子燃燒器的電極的制作方法
用于等離子燃燒器的電極本發(fā)明涉及一種用于等離子燃燒器的電極和一種配有這種電極的等離子燃燒器頭。作為等離子體，指的是一種被加熱至高溫的有導電能力的氣體，該氣體包括正離子和負離子、電子以及被激勵的和中性的原子與分子。作為等離子氣體，可使用不同的氣體，例如單原子氬和/或雙原子氣體氫、氮、氧或者空氣。該氣體通過一種電弧的能量而電離和離解。通過噴嘴加以收縮的電弧則稱之為等離子體束。等離子體束在其參數(shù)上受噴嘴和電極的結構的影響甚大。等離子體束的這些參數(shù)例如是氣體的射束直徑、溫度、能量密度和流動速度。例如在進行等離子切割時，等離子體通過一個可以用氣體或水加以冷卻的噴嘴而被收縮。這樣就能達到至2X106W/cm2的能量密度。在等離子體束中產(chǎn)生的溫度高達 30000°C，這種溫度結合氣體的高的流動速度便可在材料上實現(xiàn)很高的切割速度。由于噴嘴的高的熱負荷之故，噴嘴通常都是用金屬材料制成，最好用銅制成，因為銅具有高的導電能力和導熱能力。同樣道理，電極支座也是如此，不過電極支座也可以用銀制成。這種噴嘴于是可安裝在等離子燃燒器上，等離子燃燒器的主要組成部分有一個等離子燃燒器頭，一個噴嘴帽，一個等離子氣體導引件，一個噴嘴，一個噴嘴支座，一個電極容納部，一個配有電極嵌件的電極支座，在新式的等離子燃燒器中，還有一個噴嘴保護帽支座和一個噴嘴保護帽。電極支座固定著一個尖的電極嵌件，亦稱之為發(fā)射嵌件，它是用鎢制成的，其適用于采用非氧化性氣體作為等離子氣體的情況，例如采用氬-氫混合物作為等離子氣體的情況。一種所謂的扁平電極，其電極嵌件例如是用鉿制成的，也適用于采用氧化性氣體作為等離子氣體的情況，例如采用空氣或氧作為等離子氣體的情況。為了使噴嘴和電極獲得高的使用壽命，通常用一種液體例如用水加以冷卻，但也可用一種氣體加以冷卻。在此方面，區(qū)分了以液體冷卻的和以氣體冷卻的等離子燃燒器。按現(xiàn)有技術，電極包括其電極支座，該支座是用一種有良好的導電和導熱能力的材料例如銅和銀或其合金制成的；發(fā)射嵌件，它是用一種耐高溫的材料例如鎢、鋯或鉿制成的。對于含氧的等離子氣體，可以采用鋯，而鑒于其更好的熱性質(zhì)，鉿更為適合，因為其氧化物是更加耐高溫的。為了達到電極的高的使用壽命，耐高溫材料作為發(fā)射嵌件被安置在座架中，對該座架則進行冷卻。冷卻的最有效方式是液體冷卻。在DD 87361中介紹了這樣一種用于氧化性氣體的電極(陰極)。該陰極(發(fā)射嵌件)是用這樣一種材料(例如鋯)制成的，其氧化物是耐高溫的，并且它被嵌置在一個用銅制成的陰極座架中。該陰極座架由內(nèi)部通過一個冷卻水通道加以冷卻。此外，在這里還應說到該陰極的短的使用期限(使用壽命)的問題，這是由于等離子氣體為了獲得良好切割質(zhì)量所需的旋轉造成的。陰極座架具有一個凸緣，圍繞該凸緣安置了一個氣體導環(huán)，該導環(huán)為了將等離子氣體分配成一個分流和一個主流而具有加工于其上的氣體通道，這些通道在朝向噴嘴的那側形成所述主流，并使該主流進行旋轉；這些通道在朝向陰極座架的那側則形成逆向旋轉的分流，或者，陰極座架的凸緣具有凹部，這些凹部用于形成一個分流和使其轉向。因此，在發(fā)射嵌件前面應產(chǎn)生一個平靜的氣體區(qū)，借以減小發(fā)射嵌件的磨損。然而， 采用這種方法并不能達到如采用強烈旋轉的等離子氣體時那樣高的切割質(zhì)量。此外，在DE 690 14 289 T3中以及在DE 699 37 323 T2中都介紹了電極裝置，其中，圍繞著發(fā)射嵌件安置有一個套體(分離器)，該套體將發(fā)射嵌件與電極支座分隔開。在此，該分離器最好用銀制成，電極支座最好用銅制成。特別是在采用純氧進行切割時，銀可以確保較長的使用壽命，這是因為，銀與氧反應和銅與氧反應相比，是比較惰性的。但這種電極裝置的制造花費是很大的。從DE 695 12 247 T2中獲知發(fā)射嵌件的發(fā)射面一開始是如此形成的，使得它在發(fā)射嵌件中確定一個凹部，該凹部在中心軸線上具有一定的起始深度，該起始深度與切割流和與發(fā)射嵌件的直徑成正比。通過這個凹部，由等離子弧的點火和運行所引起的發(fā)射物質(zhì)在噴嘴內(nèi)表面上的沉積得以降低。但實驗證明使用壽命并未因此得以延長。本發(fā)明的目的在于，提高用于等離子燃燒器的電極特別是發(fā)射嵌件的使用壽命， 并同時降低其制造費用。按照本發(fā)明，上述目的通過這樣一種用于等離子燃燒器的電極得以實現(xiàn)，該電極包括呈長形的電極支座，其具有一個在電極尖端上的前表面，還具有一個孔，該孔沿著通過電極支座的中心軸線設置在電極尖端中；發(fā)射嵌件，該發(fā)射嵌件是如此設置在上述孔中， 即，使得發(fā)射嵌件的發(fā)射面處于敞露狀態(tài)，其特征在于發(fā)射面相對電極支座的前表面往后退讓(凹進)。依照第二個方面，上述目的通過這樣一種用于等離子燃燒器的電極得以實現(xiàn)，該電極包括電極容納部和電極支座，其中，該電極容納部具有內(nèi)螺紋，而電極支座具有外螺紋和位于圓柱形外表面中的槽，以及，電極支座與電極容納部通過所述外螺紋和內(nèi)螺紋旋緊在一起，并借助于圓環(huán)加以密封。在槽中可安置一圓環(huán)以達到密封的目的。相關的各從屬權利要求涉及本發(fā)明的有利發(fā)展。本發(fā)明是基于下述意想不到的認識，S卩，通過使發(fā)射面相對于電極支座的前表面往后退讓，便可提高電極的使用壽命。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點參見后附權利要求和以下說明，其中，借助示意性的附圖就本發(fā)明的幾個實施例做詳細說明，附圖表示

圖1依本發(fā)明的第一個特別的實施形式，示出等離子燃燒器頭的縱剖視圖，在此， 既實現(xiàn)了電極的更好的定心和/或密封，又配置了一種特殊的發(fā)射嵌件，借以延長等離子燃燒器的使用壽命和提高其工作可靠性；圖2圖1中所示電極的改進的定心和密封的詳細圖示；圖3在發(fā)射嵌件裝入之前的電極支座圖示；圖4至10本發(fā)明提出的電極的一些特殊實施形式，以縱剖視圖表示；和以縱剖視圖和前視圖示出發(fā)射嵌件的詳細細節(jié)；圖11發(fā)射嵌件的一些特別實施形式的不同表面形狀的前視圖。圖1表示按照本發(fā)明的一種特別實施形式的等離子燃燒器頭1，其主要組成部分至少包括至少一個噴嘴4;一個電極7，更確切地說，是一個扁平電極，該電極具有一個配有外螺紋7. 4的電極支座7. 5和一個發(fā)射嵌件7. 1 ；以及一個氣體導引件3。按此處所介紹的情況，噴嘴4是通過一個噴嘴支座5和一個噴嘴帽2加以固定的。 一個電極容納部6通過內(nèi)螺紋6. 4容納著電極支座7. 5。氣體導引件3處于電極7和噴嘴 4之間，并促使等離子氣體PG進行旋轉。等離子燃燒器頭1配有一個水冷卻系統(tǒng)，該水冷卻系統(tǒng)借助于冷卻管10從冷卻劑前流(WVl)至冷卻劑回流(WRl)流通電極內(nèi)腔，以及在噴嘴 4與噴嘴帽2之間的腔室中從冷卻劑前流WV2至冷卻劑回流WR2流通所述噴嘴4。此外，等離子燃燒器頭1還配有一個噴嘴保護帽9，該噴嘴保護帽在本實施例中是用螺釘固定在噴嘴保護帽支架8上的。在噴嘴保護帽9和噴嘴帽2之間流動著二次氣體，該氣體保護噴嘴， 尤其是保護噴嘴尖端。圖2表示出電極7相對于電極支座7. 5的經(jīng)改進的定心和密封措施。電極7在朝向電極容納部6的那側具有外螺紋7. 4、一個用于容納圓環(huán)7. 2的槽7. 3和一個圓柱形外表面7. 6 (定心面)。針對該圓柱形外表面7. 6與電極容納部6的圓柱形內(nèi)表面6. 6 (定心面)給定的公差是很小/很緊的。這一點例如可以通過一種對于定心所常用的間隙配合 H7/h6(根據(jù)DIN ISO 286)予以實現(xiàn)。通過上述特征的組合，便可在電極7與電極容納部6 以及進而與等離子燃燒器之間實現(xiàn)一種良好的對中性(定心性)和一種可靠的密封。圖3表示了在將發(fā)射嵌件7. 1裝入到電極支座7. 5中之前的電極7。圖4至10表示本發(fā)明提出的電極7的一些特殊實施形式，該電極具有一個電極支座7. 5和一個發(fā)射嵌件7. 1。對于電極支座7. 5的表面7. 7與發(fā)射嵌件7. 1的表面7. 11之間的距離a和電極支座7. 5的表面7. 7與發(fā)射嵌件7. 1的表面7. 12之間的距離b，適用下列關系式a > ba = 0. 15mm M 0. 5mmb = 0. Imm 至 0. 45mma ≥ 1.3Xb 至 3Xb發(fā)射嵌件7. 1的表面中的角度γ最好是在0° ...120°的范圍內(nèi)。電極支座7. 5中用于發(fā)射嵌件7. 1的孔的直徑cl最好是在0. 5mm至2. 9mm的范圍內(nèi)。此外，對于發(fā)射嵌件7. 1，最好適用直徑 c2 :c2 = 0. 5mm 至 2. 9mm表面 7· 11 的直徑 d :d = 0· 3mm 至 2· 7mm 和 d 彡 c2_0. 2mm此夕卜，對于圓環(huán)面A2的寬度g，適用g彡0.1mm= (c2_d)/2發(fā)射嵌件7. 1的角度β最好是在10°至90°的范圍內(nèi)，電極支座7. 5中的孔的角度α最好是在80°至160°的范圍內(nèi)，其中適用α > β。圖11表示出發(fā)射嵌件7. 1的不同表面形式。發(fā)射嵌件7. 1的與電極支座7. 5相鄰接的表面的面積Α2至少是與圓環(huán)的在圓形構造情況下根據(jù)直徑c2產(chǎn)生的最低限度可能的面積A2 —樣大。在外圍表面7. 12和中心表面7. 11之間還可以設置一個例如傾斜的、具有一定面積A3的過渡面7. 13。表面7. 11和7. 13的外輪廓例如可以是三角的、四角的或星形的，等等。在本說明書、附圖以及權利要求中所公開的本發(fā)明的各特征，無論單獨存在還是任意組合，對于按其不同實施形式實現(xiàn)本發(fā)明而言都是重要的。
附圖標記一覽表1 等離子燃燒器頭2 噴嘴帽3 氣體導引件4 噴嘴5 噴嘴支座6 電極容納部6.4 內(nèi)螺紋6.6 圓柱形內(nèi)表面7 電極7. 1發(fā)射嵌件7. 2 圓環(huán)7. 3 槽7. 4 外螺紋7. 5 電極支座7. 6 圓柱形外表面7.7在電極尖端上的電極支座的表面7. 11發(fā)射嵌件的中心表面7.12發(fā)射嵌件的外圍表面7. 13 過渡面7. 14電極支座7. 5中的孔7. 15發(fā)射嵌件7. 1的端部7. 16 孔 7. 14 的底8 噴嘴保護帽支架9 噴嘴保護帽Al 表面7. 11的面積A2 表面7. 12的面積a 電極支座7. 5的表面7. 7與發(fā)射嵌件7.1的中心表面7. 11之間的距離b 電極支座7. 5的表面7. 7與發(fā)射嵌件7. 1的外圍表面7. 12之間的距離Cl在電極支座7. 5中用于發(fā)射嵌件7. 1的孔的直徑c2發(fā)射嵌件1. 1的直徑d 發(fā)射嵌件7. 1的表面7. 11的直徑e 發(fā)射嵌件7. 1的長度f 電極支座7. 5中用于發(fā)射嵌件7. 1的孔的圓柱形部分的長度g 圓環(huán)面A2的寬度a 電極支座7. 5中孔的角度e 發(fā)射嵌件7. 1的角度Y 發(fā)射嵌件7. 1的表面中的角度r 半徑
權利要求
1.用于等離子燃燒器的電極(7)，包括呈長形的電極支座(7.幻，具有一個在電極尖端上的前表面(7. 7)和一個孔(7. 14)，該孔沿著通過電極支座(7.5)的中心軸線設置在電極尖端中；和發(fā)射嵌件(7. 1)，該發(fā)射嵌件被如此地設置在所述孔(7. 14)中，即，使得發(fā)射嵌件 (7. 1)的發(fā)射面(7. 11和7.12)敞露，其特征在于所述發(fā)射面(7. 11和7. 12)相對于所述電極支座的前表面(7. 7)往后退讓。
2.按權利要求1所述的電極(7)，其特征在于所述發(fā)射面包括一中心表面(7.11)和一外圍表面(7. 12)。
3.按權利要求2所述的電極(7)，其特征在于所述發(fā)射嵌件(7.1)的中心表面(7. 11) 與所述電極支座(7. 5)的前表面(7. 7)之間的距離a大于所述發(fā)射嵌件(7. 1)的外圍表面 (7. 12)與所述電極支座(7. 5)的前表面(7. 7)之間的距離b。
4.按權利要求2所述的電極(7)，其特征在于所述外圍表面(7.12)是傾斜延伸的。
5.按以上權利要求中任一項所述的電極(7)，其特征在于所述發(fā)射嵌件(7.1)的背向電極尖端的端部(7. 15)是呈截錐形的。
6.按權利要求5所述的電極(7)，其特征在于所述背向電極尖端的端部(7.15)以在 10°至90°范圍內(nèi)的角度β呈截錐形延伸。
7.按以上權利要求中任一項所述的電極(7)，其特征在于所述孔(7.14)具有錐形的底(7. 16)。
8.按權利要求7所述的電極(7)，其特征在于所述錐形的底(7.16)具有在80°至 160°范圍內(nèi)的角度α。
9.按以上權利要求中任一項所述的電極(7)，其特征在于該電極配有電極容納部 (6)，該電極容納部帶有內(nèi)螺紋(6. 4)，所述電極支座(7. 5)具有外螺紋(7. 4)和位于圓柱形外表面(7.6)中的槽(7. 3)，以及，所述電極支座(7.5)與所述電極容納部(6)是通過所述外螺紋(7. 4)和所述內(nèi)螺紋(6. 4)旋緊而密封的。
10.按權利要求9所述的電極(7)，其特征在于在所述槽(7.3)中設置有用于密封的圓環(huán)(7. 2)。
11.用于等離子燃燒器的電極(7)，包括電極容納部(6)，和電極支座(7. 5)，其中，所述電極容納部(6)具有內(nèi)螺紋(6. 4)，所述電極支座(7. 5)具有外螺紋(7.4) 和位于圓柱形外表面(7.6)中的槽(7. 3)，以及，所述電極支座(7.5)與所述電極容納部 (6)是通過所述外螺紋(7. 4)和所述內(nèi)螺紋(6. 4)旋緊并借助于圓環(huán)(7. 2)密封的。
12.按權利要求11所述的電極(7)，其特征在于所述電極支座(7.5)是呈長形的，并具有一個在電極尖端上的前表面(7.7)和一個孔(7. 14)，該孔沿著通過電極支座(7.5)的中心軸線設置在電極尖端中；還設有發(fā)射嵌件(7. 1)，該發(fā)射嵌件被如此地設置在所述孔 (7. 14)中，即，使得發(fā)射嵌件(7. 1)的發(fā)射面(7. 11和7. 12)敞露，其中，所述發(fā)射面(7. 11 和7. 12)相對于所述電極支座(7. 5)的前表面(7. 7)往后退讓。
13.按權利要求11或12所述的電極(7)，其特征在于所述發(fā)射面包括一中心表面(7. 11)和一外圍表面(7. 12)。
14.按權利要求13所述的電極(7)，其特征在于所述發(fā)射嵌件(7.1)的中心表面 (7. 11)與所述電極支座(7. 5)的前表面(7. 7)之間的距離a大于所述發(fā)射嵌件(7. 1)的外圍表面(7. 12)與所述電極支座(7. 5)的前表面(7. 7)之間的距離b。
15.按權利要求19所述的電極(7)，其特征在于所述外圍表面(7.12)是傾斜延伸的。
16.按權利要求11至14中任一項所述的電極(7)，其特征在于所述發(fā)射嵌件(7.1) 的背向電極尖端的端部(7. 15)是呈截錐形的。
17.按權利要求16所述的電極(7)，其特征在于所述背向電極尖端的端部(7.15)以在10°至90°范圍內(nèi)的角度β呈截錐形延伸。
18.按權利要求11至17中任一項所述的電極(7)，其特征在于所述孔(7.14)具有錐形的底(7. 16)。
19.按權利要求18所述的電極(7)，其特征在于所述錐形的底(7.16)具有在80°至 160°范圍內(nèi)的角度α。
20.等離子燃燒器頭(1)，其配有按以上權利要求中任一項所述的電極(7)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于等離子燃燒器的電極，包括一個呈長形的電極支座，該電極支座具有一個貼靠在電極尖端上的前表面和一個孔，該孔沿著通過電極支座的中心軸線設置在電極尖端中；和一個發(fā)射嵌件，該發(fā)射嵌件是如此安置在孔中，使得發(fā)射嵌件的發(fā)射面敞露，其特征在于發(fā)射面相對于電極支座的前表面往后退讓，和用于一種等離子燃燒器的電極，包括一個電極容納部和一個電極支座，其中，電極容納部具有一個內(nèi)螺紋，電極支座具有一個外螺紋和一個處于圓柱形外表面上的一個槽中的圓環(huán)，以及該電極支座與電極容納部是經(jīng)過外螺紋和內(nèi)螺紋而旋緊起來的并利用圓環(huán)加以密封的，以及配有這種電極的等離子燃燒器。
文檔編號H05H1/34GK102217428SQ200980144405
公開日2011年10月12日 申請日期2009年11月27日 優(yōu)先權日2008年12月18日
發(fā)明者F·勞里施, K·耶納特, M·克羅施瓦爾德, R-P·賴因克, T·施托伊特納, V·克林克 申請人:謝爾貝格芬斯特瓦爾德等離子機械有限公司