喷嘴保护罩和喷嘴保护罩保持架以及具有喷嘴保护罩和/
或喷嘴保护罩保持架的电弧等离子燃烧器
技术领域
[0001] 本
发明涉及一种用于电弧等离子燃烧器的喷嘴保护罩。该电弧等离子燃烧器不仅可以用于干式切割也可以用于
水下切割不同的金属
工件。
背景技术
[0002] 在等离子切割时首先在
阴极(
电极)和
阳极(喷嘴)之间点燃电弧(引弧)且之后直接传递到工件上，用以进行切割。
[0003] 所述的电弧产生等离子，其是高度加热的、可导电的气体(等离子气体)，该气体由正的和负的离子、
电子以及激发的且中性的
原子和分子构成。作为等离子气体采用比如氩气、氢气、氮气、
氧气或空气。这些气体通过电弧的
能量被电离和离解。由此产生的等离子射线被用作切割工件。
[0004] 现代的电弧等离子燃烧器大致由基本构件，比如燃烧体、电极(阴极)、喷嘴、一个或多个罩、如喷嘴罩以及包围喷嘴的喷嘴保护罩以及连接件构成，这些连接件用作向电弧等离子燃烧器供电、供气和/或供液。
[0005] 喷嘴保护罩用于在切割过程中保护喷嘴以防受热以及喷溅出的熔融的工件金属。
[0006] 喷嘴可以由一个或多个构件构成。在直接水冷却的电弧等离子燃烧器中喷嘴由喷嘴罩保持。在喷嘴和喷嘴罩之间流动
冷却水。之后二次气体在喷嘴罩和喷嘴保护罩之间流动。这用作提供限定的大气、用作收缩等离子射线以及用作防止在冲孔时的喷溅。
[0007] 在气体冷却的电弧等离子燃烧器以及间接水冷却的电弧等离子燃烧器中可以取消喷嘴罩。这样二次气体在喷嘴和喷嘴保护罩之间流动。
[0008] 电极和喷嘴彼此以一定的空间比例设置且限定出一个室、等离子室，在等离子室中产生等离子射线。等离子射线可以在其参数上，比如直径、
温度、能量
密度和等离子气体的通流率上受到喷嘴和电极的设计的极大影响。
[0009] 针对不同的等离子气体由不同的材料以及以不同的形式制造电极和喷嘴。
[0010] 喷嘴通常由
铜制成且直接或间接地被水冷却。根据切割任务和电弧等离子燃烧器的电功率的不同，采用具有不同的内轮廓以及具有不同直径的开孔且因此提供最佳的切割结果的喷嘴。
[0011] 比如DE102004049445A1示出了一种具有水冷却的电极和喷嘴以及气体冷却的喷嘴保护罩的电弧等离子燃烧器。为此将二次空气通
过喷嘴保护罩保持架在内部经过喷嘴保护罩保持架和喷嘴保护罩之间的螺旋连接区域通过喷嘴保护罩和喷嘴罩之间的二次气体通道输送等离子射线。
[0012] EP0573653B1涉及一种具有水冷却的电极和喷嘴以及水冷却的喷嘴保护罩的电弧等离子燃烧器。如同根据DE102004049445A1的电弧等离子燃烧器一样，二次气体在喷嘴保护罩保持架内在内部经过喷嘴保护罩保持架和喷嘴保护罩之间的螺旋连接区域输送等离子射线。如同从DE102004049445A1公开的电弧等离子燃烧器一样，该用于一定的应用领域的公知的电弧等离子燃烧器具有不足够的喷嘴保护罩的冷却。
[0013] 此外该公知的电弧等离子燃烧器设计成，在喷嘴保护罩的
基础端部区域内形成环形的冷却水室。这里流动的冷却水冷却喷嘴保护罩。这种结构具有额外的缺点，在将喷嘴保护罩旋出时冷却水从冷却室中流出且滴到或流到喷嘴罩的外侧面以及喷嘴保护罩的内侧面上。由此冷却剂残留物进入由喷嘴罩和喷嘴保护罩形成的二次气体室中，这一方面损坏了切割
质量以及运行安全性，另一方面导
致冷却剂损失。
发明内容
[0014] 因此本发明的目的在于，改善电弧等离子燃烧器的喷嘴保护罩的冷却。
[0015] 根据本发明该目的通过一种用于电弧等离子燃烧器的喷嘴保护罩实现，该喷嘴保护罩包括前端部分段和后端部分段，其在其内侧面上具有用于与电弧等离子燃烧器的燃烧体旋紧的
螺纹区域，其特征在于，至少一个凹槽在内侧面上横穿(durchquert)该螺纹区域。
[0016] 此外，该目的通过一种用于电弧等离子燃烧器的喷嘴保护罩保持架实现，该喷嘴保护罩保持架包括一个分段，该分段在其外侧面上具有用于与电弧等离子燃烧器的喷嘴保护罩旋紧的螺纹区域，其特征在于，至少一个凹槽在螺纹区域的外侧面上横穿该螺纹区域。
[0017] 最后，该目的还通过一种电弧等离子燃烧器实现，该电弧等离子燃烧器包括燃烧体以及与该燃烧体在
螺纹连接区域旋紧的特别是按照
权利要求1至6中任一项所述的喷嘴保护罩，其特征在于，燃烧体和/或喷嘴保护罩设计成，在它们之间形成至少一个通道，该通道横穿螺旋连接区域。
[0018] 在该喷嘴保护罩中螺纹区域可以设计成通过喷嘴保护罩保持架与燃烧体旋紧。
[0019] 根据本发明的一种特殊的实施方式，至少一个凹槽或凹槽中的至少一个平行于喷嘴保护罩的纵轴线横穿螺纹区域。
[0020] 可替换的是，也可以考虑至少一个凹槽或凹槽中的至少一个倾斜于喷嘴保护罩的纵轴线横穿螺纹区域。
[0021] 还可替换的是，至少一个凹槽或凹槽中的至少一个可以螺旋形地横穿螺纹区域。
[0022] 有益的是喷嘴保护罩设计成由两部分构成。由此可以比如仅更换相关联的部分。
[0023] 在喷嘴保护罩保持架中可以设计成，至少一个凹槽或凹槽中的至少一个平行于喷嘴保护罩的纵轴线横穿螺纹区域。
[0024] 根据本发明的一种特殊的实施方式，至少一个凹槽或凹槽中的至少一个倾斜于喷嘴保护罩的纵轴线横穿螺纹区域。
[0025] 可替换的是也可以考虑，至少一个凹槽或凹槽中的至少一个螺旋形地横穿螺纹区域。
[0026] 根据电弧等离子燃烧器的一种特殊的实施方式，喷嘴保护罩在所述的螺旋连接区域中通过特别是按照权利要求6至9中任一项所述的喷嘴保护罩保持架与燃烧体旋紧。
[0027] 优选至少一个通道或通道中的至少一个由燃烧体或喷嘴保护罩保持架中的凹槽和/或喷嘴保护罩中的凹槽形成。
[0028] 特别是可以设计成，通道是二次介质通道。二次介质可以比如是一种液体比如水和油、一种气体或者比如是水蒸气。
[0029] 特别是可以设计成，二次介质通道是二次气体通道。
[0030] 最后可以在燃烧体、特别是在喷嘴保护罩保持架中设置二次介质进入通道，其与至少一个二次介质通道或二次介质通道中的至少一个连接。
[0031] 电弧等离子燃烧器不仅可以是在电极和喷嘴方面的水冷却的电弧等离子燃烧器也可以是气体冷却的电弧等离子燃烧器。喷嘴保护罩可以是水冷却或气体冷却的。
[0032] 本发明令人惊奇的认知在于，在利用比如二次气体的使用下通过引导二次气体经过螺旋连接区域实现了改善的冷却。同时改善了二次气体在整个区域中的对称性和均匀性，这在改善的切割结果中展示。某些时候甚至可以取消二次气体引导部分。此外改善了运行安全性。在利用二次气体的本发明的应用中，其优点比如收缩等离子射线、保护喷嘴以防高度加热的金属通过冲孔、围绕等离子射线提供限定的大气以及二次气体主动参与等离子过程得以进一步利用并且同时保证了等离子射线的
稳定性。
[0033] 本发明的其它特征和优点从权利要求书和下文的
说明书中给出。
附图说明
[0034] 在下文的说明书中借助于示意性附图详细描述多个
实施例。其中：
[0035] 图1示出了根据本发明的第一种特殊的实施方式的电弧等离子燃烧器的纵截面视图；
[0036] 图2示出了沿图1的直线A-A的截面视图；
[0037] 图3示出了图1中所示的电弧等离子燃烧器的喷嘴保护罩的纵截面示图；
[0038] 图4示出了根据本发明的第二种特殊的实施方式的电弧等离子燃烧器的纵截面视图；
[0039] 图5示出了图4的电弧等离子燃烧器的喷嘴保护罩的上部分的纵截面视图；
[0040] 图6示出了凹槽的一种实施方式；
[0041] 图7示出了凹槽的另一种实施方式；
[0042] 图8示出了凹槽的又一种实施方式；
[0043] 图9示出了根据本发明的第三种特殊的实施方式的电弧等离子燃烧器的纵截面视图和详细视图；以及
[0044] 图10示出了图9的电弧等离子燃烧器的喷嘴保护罩的纵截面视图。
具体实施方式
[0045] 图1示出了根据本发明的一种特殊的实施方式的电弧等离子燃烧器。该电弧等离子燃烧器1具有燃烧体2，其包括喷嘴保护罩保持架2.1、喷嘴保持架2.2、绝缘件2.3以及电极保持架2.4。在燃烧体2中电极3和喷嘴4与燃烧体的纵轴线L共轴并且以一定的空间间隔设置，由此形成等离子室6，等离子气体PG流经等离子室6，该等离子气体经过等离子通道6a输送。喷嘴罩5与等离子燃烧器1的纵轴线L共轴地设置并且保持住喷嘴4。在喷嘴4和喷嘴罩5之间具有室11，
冷却水流经该室11。冷却水通过进水WV输入且经过回水WR流出。喷嘴保护罩7(这里是一体形成的并且由后部分段7a和带有出流孔7c的前部分段7b构成)与等离子燃烧器1的纵轴线L共轴地设置并且包围喷嘴罩5和喷嘴4。喷嘴4通过具有
内螺纹7.2的螺纹区域利用保护罩保持架2.1的
外螺纹2.1.2与保护罩保持架
2.1连接。喷嘴保护罩7优选由导热性好的材料、比如铜、
青铜或
铝制成。
[0046] 二次气体SG经过二次气体进入通道2.1.3以及钻孔2.1.4竖直流入圆环形的室9a，其通过喷嘴保护罩保持架2.1的外侧面2.1.1和喷嘴保护罩7的内侧面7.1形成和分布。该室9a向后以圆环2.5密封。之后二次气体SG经过由内螺纹7.2和外螺纹2.1.2形成的螺旋连接区域中的二次气体通道9b(参见图2)流入通过保护罩7和喷嘴罩5形成的室9c。室9c倾向性地朝等离子燃烧器1的尖部逐渐变细。二次气体SG穿过开孔8a经过二次气体引导部分8，之后从室9d到达等离子射线(未示出)并且从保护罩7的出流孔7c流出。
[0047] 由于与
现有技术不同，二次气体SG相比于等离子燃烧器1的尖部在螺旋连接区域后部被导入室9中，改善了喷嘴保护罩7的冷却。一方面二次气体SG几乎在整个长度上冷却了喷嘴保护罩7的内侧面，另一方面特别是螺旋连接区域以极小的耗费通过二次气体流冷却，这是特别重要的，因为喷嘴保护罩保持架2.1由塑料构成且在
过热的情况下被损坏。二次气体SG在螺旋连接区域或螺纹区域中形成的二次气体通道9b中比在接下来的室9c中流动得更快，因为
流体横截面的面积总和小于室9c的流体横截面。较高的流体速度还改善了冷却效果。在相应的尺寸设计中可以将二次气体置于旋转中且因此也提高了室9c中的流体速度并且改善了冷却。
[0048] 图2示出了沿图1的电弧等离子燃烧器1的直线A-A的截面。螺纹7.2横穿三个凹槽，其中一个凹槽是可见的并且利用附图标记7.3表示，它们在这里以相同大小的
角度α7且因此对称地分布在周边上。它们与喷嘴保护罩保持架的外螺纹2.1.2的外侧面形成二次气体通道9b，二次气体SG经过这些二次气体通道朝电弧等离子燃烧器1的尖部流动。
[0049] 图3示出了图1的喷嘴保护罩7。其一体地设计且主要由圆柱形的、上部敞开的后部分段7a和锥形逐渐变细的前部分段7b以及出流口7c构成。螺纹7.2(内螺纹)位于分段7a中，在螺纹7.2中设置凹槽7.3，其中仅一个凹槽是可见的并且在装配好的状态下二次气体SG流经这些凹槽。
[0050] 在图4中示出的实施方式与在图1中示出的实施方式的主要区别在于，喷嘴保护罩7由两个构件7.10和7.11构成，它们相互插入。在该实施方式中这两个构件与分段7a和7b是不同的，但也可以完全相同。前部构件7.11和后部构件7.10之间的热传导通过两者之间的圆环形
接触面实现。借助于圆环(未示出)实现密封。
[0051] 图5示出了图4的后部构件7.10，其主要由圆柱形的上部敞开的分段7a和锥形逐渐变细的分段7b的一部分构成。在分段7a中具有螺纹7.2(内螺纹)，在螺纹7.2中设置凹槽7.3，在装配好的状态下二次气体SG流经这些凹槽。
[0052] 图6至8示出了在保护罩7的后部分段7a的螺纹7.2中的凹槽7.3的不同实施方式。
[0053] 图6示出了平行于电弧等离子燃烧器1的纵轴线L的具有长度t7和宽度b7的凹槽7.3。
[0054] 在图7中凹槽7.3以45°相对于纵轴线L倾斜。由此将二次气体置入旋转中并且其以较高的速度旋转地流经连接到电弧等离子燃烧器的尖部的室9c(参见图1)。这改善了喷嘴保护罩7的冷却。
[0055] 在图8中凹槽7.3交叉式地设计，这导致了二次气体SG的特别强烈的旋流且因此改善了冷却。
[0056] 图9示出了又一种特殊的实施方式。这里喷嘴保护罩7由两个构件构成，后部构件7.10和前部构件7.11。二次气体SG经过通道2.1.3和钻孔2.1.4从二次气体进入通道垂直地流入圆环形的室9a，该室9a通过喷嘴保护罩保持架2.1的外侧面2.1.1和喷嘴保护罩7的内侧面7.1形成以及分布。该室9a向后利用圆环2.5密封。之后二次气体SG经过平行于螺纹线延伸的螺旋连接区域中的通道9b流入通过喷嘴保护罩7和喷嘴罩5形成的室9c。由此再次提高了流入室9c中的二次气体的旋转。
[0057] 图10示出了可用在图9的实施方式中的喷嘴保护罩，其由一个构件构成。
[0058] 为了由通道2.1.3引导二次气体SG，保护罩保持架2.1也可以代替一个钻孔具有多个钻孔2.1.4，它们分布在圆柱形表面2.1.1的周边上并且与通道2.1.3连接。此外一个或多个钻孔可以垂直于或倾斜于喷嘴保护罩保持架2.1的表面设计。喷嘴保护罩7可以由一个或多个构件(7.10、7.11)构成。这些构件不必与分段7a和7b相同，但也可以完全相同。比如后部分段7.10也可以具有分段7a和分段7b的一部分(参见图4)。
[0059] 对于图9和10还需注意的是，在其中示出的实施方式中喷嘴保护罩保持架2.1的外螺纹设计成双线螺纹，具有两个平行延伸的螺纹凹槽且因此也具有两个在螺纹凹槽之间平行延伸的螺纹跳线(Gewindesteg)。喷嘴保护罩7的内螺纹以相同的螺纹
螺距仅单线地构成，其中没有通常存在于双线螺纹中的第二螺纹跳线，而是形成更宽的凹槽。介质可以流经较宽的凹槽结合喷嘴保护罩保持架2.1的外螺纹。
[0060] 原则上也可以采用三线或更多的螺纹。当然螺距会越来越大，这加大了旋紧的难度。
[0061] 重要的是，在说明书中、在附图中以及在权利要求书中公开的本发明的特征不仅可以单独地也可以在任意的组合中以不同的实施方式实现本发明。
