Plasmaelektrode für eine Plasma-Schneidvorrichtung

Abstract

 Plasmaelektrode für eine Plasma-Schneidvorrichtung, die aus einem etwa hohlzylindrischen Elektrodenkörper besteht, an dessen vorderen Seite ein in den Innenraum der Elektrode gerichteter, stirnseitig angeordneter, zentrischer Kernhalter für die Halterung eines emittierenden Elektrodenkerns angeordnet ist, wobei im Innenraum des Elektrodenkörpers ein Kühlrohr angeordnet ist, durch das ein axialer Kühlflüssigkeitsstrom fließt, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr mit seiner vorderen Stirnseite mindestens teilweise auf dem Kernhalter lagengesichert gehalten ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Plasmaelektrode für eine Plasma-Schneidvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Eine solche Plasmaelektrode ist beispielweise mit dem Gegenstand der WO 2009/070 362 A1 bekannt geworden. Diese Offenbarung soll vollinhaltlich vom Umfang der vorliegenden Erfindungsbeschreibung umfasst sein.

[0003] Um das Kühlproblem von Plasmaelektroden zu beherrschen, schlägt die genannte Druckschrift vor, im Innenraum eines etwa hohlzylindrischen Elektrodenkörpers ein Kühlröhrchen anzuordnen, dessen vordere Stirnseite mit einem Abstandshalter, der am Grund des Elektrodenkörpers eingelegt ist, positioniert wird.

[0004] Die genannte Druckschrift offenbart auch allgemein eine Plasmaelektrode mit einem hohlzylindrischen Elektrodenkörper, an dessen vorderen Seite ein in dem Innenraum der Elektrode gerichtete, stirnseitig angeordneter, zentrischer Kernhalter für einen Elektrodenkern angeordnet ist.

[0005] Der Elektrodenkern ist z. B. als Hafnium-Kern ausgebildet und wird in dem elektrodenseitigen Kernhalter gehalten.

[0006] Nachteilig bei der genannten Druckschrift ist jedoch, dass ein vom Elektrodenkörper getrenntes Teil, nämlich ein Abstandshalter, verwendet werden muss, der als separates Teil in dem Innenraum des Elektrodenkörpers platziert werden muss, was mit einem hohen Montageaufwand verbunden ist.

[0007] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Plasmaelektrode für eine Plasma-Schneidvorrichtung und einem im Innenraum der Plasmaelektrode angeordneten Kühlrohr so weiterzubilden, dass die Montage und Halterung des Kühlrohrs wesentlich vereinfacht wird. Ferner soll die Kühlung des Elektrodenkerns verbessert werden.

[0008] Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 und des unabhängigen Anspruches 11 gekennzeichnet.

[0009] Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass auf ein separates Teil, wie z. B. auf einen Abstandshalter oder dergleichen, verzichtet wird und stattdessen das Kühlrohr mit seiner vorderen, dem Elektrodenkern zugewandten Seite direkt auf den elektrodenseitigen Kernhalter für die Halterung des Elektrodenkerns fixiert wird.

[0010] Es handelt sich um eine lagengesicherte Halterung der vorderen Stirnseite des Kühlröhrchens direkt auf den Kernhalter des Elektrodenkörpers. Dieser Kernhalter ist für die Halterung des Elektrodenkerns bestimmt und muss wegen der hohen Arbeitstemperatur des Elektrodenkerns gekühlt werden.

[0011] Die Erfindung betrifft demnach einen vollständig neue Positionierung für die Halterung eines Kühlrohres, denn bisher war es lediglich bekannt, das Kühlrohr an rückseitigen Anschlägen (s. Figur 22 der genannten Druckschrift) am Elektrodenkörper zu positionieren oder eben an stirnseitig im Elektrodenkörper-Innenraum angeordneten Abstandshaltern, die jedoch als separates Teil eingebracht werden müssen.

[0012] Mit der gegebenen technischen Lehre ergibt sich somit der Vorteil, dass eine unmittelbare lagengesicherte Halterung des vorderen Endes des Kühlrohres auf dem den Elektrodenkern aufnehmenden Kernhalter im Elektrodenkörper erfolgt.

[0013] Es war bisher zwar ebenfalls bekannt, im Innenraum des Elektrodenkörpers, in der Nähe des Kernhalters, und zwar radial auswärts des Kernhalters, z. B. an der Innenseite des Elektrodenkörpers, zugeordnete Anschläge anzubringen, die Teil des Elektrodenkörpers waren. Nachteil der Anbringung derartiger Anschläge ist jedoch deren schwierige und aufwendige Herstellung.

[0014] Durch die technische Lehre der Erfindung, dass das Kühlrohr mindestens teilweise den elektrodenseitigen Kernhalter übergreift und sozusagen am Außenumfang des elektrodenseitigen Kernhalters lagengesichert gehalten wird, ergibt sich demgemäß der Vorteil, dass auf getrennte Halterungs- oder Lagensicherungsmittel verzichtet werden kann.

[0015] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass des Kernhalters als in den Innenraum des Elektrodenkörpers gerichteter Konuskörper ausgebildet ist, dessen Konusflächen sich vom Grund des Elektrodenkörpers ausgehend in axialer Richtung nach hinten (oben) verjüngen.

[0016] Damit besteht der Vorteil, dass eine ausgezeichnete, selbsttätige Zentrierung des Kühlrohres auf dem als Konuskörper ausgebildeten Kernhalter erfolgt, weil das Kühlrohr mit seiner vorderen Stirnseite einfach auf den Konuskörper des Kernhalters aufgesteckt wird, sodass ein Teil des Körpers des Kernhalters in den Innenraum des Kühlrohres hineinreicht.

[0017] Das Kühlröhrchen zentriert sich somit selbsttätig am Außenumfang der vorzugsweise als Konuskörper ausgebildeten Kernhalters.

[0018] Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Es kann in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die den Außenumfang des Konuskörpers ausbildenden Konusflächen ringsumlaufende Zentrierstufen (oder Gewindestufen) aufweisen, sodass die Stirnseite des Kühlrohres auf einer derartigen ringsumlaufenden Stufe oder einem ringsumlaufenden Absatz aufliegt und eine definierte Lagensicherung erhält.

[0019] Die Erfindung ist nicht auf konusförmige Kernhalter zur Halterung des Elektrodenkerns beschränkt. In einer weiteren Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass das Profil des Kernhalters zunächst zylinderförmig (also z.B. rundzylindrisch) ist und dass mindestens eine Anlagefläche für die lagengesicherte Halterung der vorderen Stirnseite des Kühlrohrs durch eine Stauch-Umformung erzeugt wird.

[0020] In diesem Fall wird auf die obere Stirnseite des etwa zylinderförmigen Kernhalters ein Stauch-Umformwerkzeug gesetzt, und der vorher zylinderförmige Kernhalter wird mit einem Pressschlag in axialer Richtung gestaucht, sodass sich mindestens ein den Durchmesser des Kernhalters vergrößernder, radial nach außen gerichteter Wulst ergibt, auf den die vordere Stirnseite des Kühlrohrs aufsitzt und lagengesichert gehalten ist.

[0021] Der besondere Vorteil einer solchen Stauch-Umformung liegt darin, dass im gleichen Umformvorgang, in dem die axiale Stauchung des Kernhalters vorgenommen wird, auch gleichzeitig axiale (vorzugsweise gleichmäßig am Umfang verteilte) Rippen oder Nuten in die Oberfläche des Kernhalters eingeformt werden können. Es bedarf dann keiner spanabhebenden Bearbeitung mehr.

[0022] Es wird noch darauf hingewiesen, dass die vordere Seite des Kühlrohres auf dem Kernhalter eine Lagensicherung darstellt und das Kühlrohr selbst mit einer bevorzugt als Schraub- oder Steckverbindung ausgebildeten Verbindung bevorzugt am hinteren Ende des Elektrodenkörpers mit diesem lösbar verbunden ist.

[0023] Die Erfindung beschäftigt sich jedoch lediglich mit der vorderen, der Lagensicherung dienenden Halterung des Kühlrohres an dem elektrodenseitigen Kernhalter, der gleichzeitig der Halterung des Elektrodenkerns dient.

[0024] Wie das Kühlrohr mit dem Elektrodenkörper selbst am hinteren Ende lösbar verbunden ist, ist nach einer Vielzahl von Ausführungsformen (Schraubverbindungen, Steckverbindungen, Bajonettfassungen und dergleichen) möglich.

[0025] Wenn - nach der technischen Lehre des Anspruches 1 - die Lagensicherung des vorderen Endes des Kühlrohres auf dem in den Innenraum der Elektrode hineinreichenden Kernhalter erfolgt, muss dafür gesorgt werden, dass der im Innenraum des Kühlrohres geführte Flüssigkeitsstrom im Bereich des Kernhalters umgelenkt wird, sodass im Bereich der Lagensicherung zwischen dem vorderen Ende des Kühlrohrs und der elektrodenseitigen Kernhalter für einen Austritt der Kühlflüssigkeit und für eine Umlenkung der Kühlflüssigkeit gesorgt werden muss.

[0026] Deshalb sieht die Erfindung nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel vor, dass am Außenumfang des Kernhalters mindestens eine die Kühlflüssigkeit führende Ausnehmung angeordnet ist.

[0027] Dies bedeutet, dass der Kernhalter nicht das vordere Ende des Kühlrohres abdichtend verschließt, sondern dass im Bereich dieser Lagensicherung ein oder mehrere, die Kühlflüssigkeit führende Ausnehmungen vorhanden sind, die in der Lage sind, die im Innenraum des Kühlrohrs geführte Kühlflüssigkeit entlang des Kernhalters weiterzuleiten und bevorzugt bis zum Ringnutgrund des Elektrodenkörpers zu führen, wo der Kühlflüssigkeitsstrom umgeleitet wird und die im Innenraum des Kühlrohrs geführte Kühlflüssigkeit aus dem Innenraum des Kühlrohrs in den äußeren Ringspalt zwischen der Außenfläche des Kühlrohrs und der Innenfläche des Elektrodenkörpers umgelenkt wird.

[0028] Für die Ausbildung derartiger die Kühlflüssigkeit führender, in der Ausnehmung des Elektrodenkörpers selbst angeordneter Ausnehmungen gibt es eine Vielzahl von unterschiedlichen Ausführungsformen. Ein besonderer Vorteil dieser Ausnehmungen liegt darin, dass die gekühlte Oberfläche des Kernhalters im ein Vielfaches im Vergleich zu einer glatten Oberfläche vergrößert wird und damit eine wesentlich bessere Kühlung bei Vervielfachung des in den Kernhalter eingesetzten Elektrodenkerns gegeben ist.

[0029] Deshalb wird für diese besondere Ausbildung des Kernhalters mit seiner vergrößerten Oberfläche gesonderter Schutzbeansprucht, unabhängig davon, ob als Halterung und Zentrierung für ein Kühlrohr ausgebildet ist.

[0030] In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Kernhalter nicht als Kegelstumpf ausgebildet ist, sondern als mindestens einseitig abgeflachter Kegelstumpf, sodass durch die so gebildete Abflachung der Kühlmittelstrom über den Außenumfang des Kernhalters in den Innenraum des Elektrodenkörpers gelangen kann.

[0031] Bevorzugt wird hierbei jedoch eine zweiseitige Abflachung, die spiegelsymmetrisch bezüglich der Längsmittenachse des als Kegelstumpf ausgebildeten Kernhalters ausgebildet ist.

[0032] Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, dass der Kernhalter als abgeflachter Kegelstumpf ausgebildet ist, der im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist.

[0033] Es können sämtliche anderen Ausführungsformen verwendet werden, die beinhalten, dass im Bereich des Kernhalters Kühlflüssigkeit führende Ausnehmungen vorhanden sind, die in der Lage sind, die im Innenraum des Kühlrohrs in axialer Richtung geführte Kühlflüssigkeit im Bereich der Lagensicherung des Kühlrohrs am Kernhalter aus dem Kühlrohr herauszuleiten und in den Innenraum des Elektrodenkörpers einzubringen.

[0034] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es deshalb vorgesehen, dass die im Kernhalter angeordneten ein oder mehreren Ausnehmungen parallel zur Konusfläche des konischen Kernhalters angeordnet sind, weil sich hierdurch besonders günstige Strömungsverhältnisse ergeben.

[0035] Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Es können auch Ausnehmungen verwendet werden, die im Winkel zur Konusfläche des konischen Kernhalters gerichtet sind.

[0036] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es im Übrigen vorgesehen, dass die im Kernhalter angeordnete, mindestens eine Ausnehmung entweder als halboffene Längsnut oder als halboffener Bohrkanal oder als radial nach außen offene Segmentaussparung ausgebildet ist.

[0037] Es wird jedoch bevorzugt, wenn mehr als eine Ausnehmung den Außenumfang des Kernhalters durchsetzt, um einen möglichst günstigen und vollflächigen Kühlflüssigkeitsstrom über den gesamten Umfang des Kernhalters zu erreichen. Hierbei wird es dann bevorzugt, dass bei mehreren, die Kühlflüssigkeit führenden Ausnehmungen diese gleichmäßig verteilt am Umfang des Kernhalters angeordnet sind.

[0038] Selbstverständlich kann es auch in einer anderen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die vordere Stirnseite des Kühlröhrchens nicht abdichtend auf dem Außenumfang des Kernhalters aufliegt, sondern dass zwar dort eine Auflage gegeben ist, aber das Kühlröhrchen in diesem Bereich noch radial nach außen gerichtete Schlitze, Bohrungen oder Ausnehmungen aufweist.

[0039] In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen werden verschiedene Ausführungsbeispiele bezüglich der Halterung des Elektrodenkerns im Kernhalter beschrieben. Für alle Ausführungsbeispiele gilt, dass die in den Innenraum des Kühlrohrs und der Elektrode gerichtete Stirnseite des Kernhalters abgeflacht ist und die hintere Stirnseite des Elektrodenkerns flächenbündig mit dieser Stirnseite ist.

[0040] In einer anderen Ausgestaltung gilt für sämtliche Ausführungsformen, dass die in dem Innenraum des Kühlrohrs und der Elektrode gerichtete Stirnseite des Kernhalters ebenfalls abgeflacht ist, aber der Elektrodenkern mit einem verlängerten Ansatz in den Innenraum des Kühlrohrs hineinragt.

[0041] Durch diese letztgenannte Ausführung wird gewährleistet, dass der Elektrodenkern - dessen Kühlung entscheidend ist - flüssigkeitsberührt in den Innenraum des Kühlröhrchens hineinragt, und damit eine noch bessere Kühlung gegeben ist.

[0042] Nach dem Gegenstand des unabhängigen Anspruches 11 wurde erkannt, dass die Oberflächenkühlung des Kernhalters entscheidend dadurch verbessert werden kann, dass diese Oberfläche mit nach außen offenen Nuten oder Bohrungen vergrößert wird, Es bilden sich dadurch die Oberfläche des Kernhalters vergrößernde Kühlkanäle, die bevorzugt in axialer Richtung ausgerichtet sind. Diese Kühlkanäle können jedoch auch - zu weiteren Verlängerung der Länge des jeweiligen Kühlkanals - auch schraubenförmig, in der Art von Gewindegängen den Außenumfang des Kernhalters vergrößern. Der Kernhalter kann hierbei im Profil zylindrisch oder konisch oder mit jedem anderen Profil versehen sein. Auch kommt es bei der Idee der Vergrößerung der Kühlfläche des Kernhalters nicht darauf an, ob das Kühlrohr lagengesichert auf einer Auflagefläche des Kernhalters aufliegt oder nur unter Bildung eines Ringspaltes der Kernhalter übergreift. Beide Ausführungen werden als erfindungswesentlich beansprucht.

[0043] Um eine derartig vergrößerte Oberfläche zu erhalten, wurde erkannt, dass es zweckmässig ist, solche halboffenen Nuten oder halboffenen Bohrungen entweder durch eine spanabhebende Bearbeitung oder durch eine Stauch-Umformung zu schaffen. Eine dritte Ausführung betrifft die Anbringung eines Gewindes auf dem Außenumfang des Kernhalters, was entweder durch ein Gewindeschneiden oder eine Stauch-Umformung erfolgen kann.

[0044] Bei allen Ausführungsformen nach sämtlichen Patentansprüchen wird im Übrigen beansprucht, dass die vordere Stirnseite des Kühlrohrs entweder glatt und undurchbrochen ist oder mit seitlichen Schlitzen oder Bohrungen versehen ist.

[0045] Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.

[0046] Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

[0047] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere Ausführungswege darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.

[0048] Es zeigen:

Figur 1: schematisiert einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Plasmaelektrode

Figur 2: Schnitt durch die Plasmaelektrode entlang der in Figur 1 dargestellten Schnittlinie

Figur 3: schematisiert eine räumliche Darstellung der Lagensicherung des vorderen Endes des Kühlrohres auf einer konusförmigen Kernhalter des Elektrodenkörpers

Figur 4: einen Längsschnitt durch einen Elektrodenkörper mit einer anderen Halterung des Elektrodenkerns

Figur 5: Schnitt durch die Plasmaelektrode in Höhe der eingezeichneten Schnittlinie

Figur 6: Längsschnitt durch eine Plasmaelektrode mit einer zweiten Ausführungsform des Kernhalters

Figur 7: Querschnitt durch die Plasmaelektrode in Höhe der in Figur 6 eingezeichneten Schnittlinie

Figur 8: Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform einer Plasmaelektrode

Figur 9: Querschnitt durch die Plasmaelektrode nach Figur 8

Figur 10: Längsschnitt durch eine vierte Ausführungsform einer Plasmaelektrode

Figur 11: Querschnitt durch die Plasmaelektrode nach Figur 10

Figur 12: Längsschnitt durch eine fünfte Ausführungsform einer Plasmaelektrode

Figur 13: Querschnitt durch die Plasmaelektrode nach Figur 12

Figur 14: Längsschnitt durch eine sechste Ausführungsform einer Plasmaelektrode

Figur 15: Querschnitt durch die Plasmaelektrode nach Figur 14

Figur 16: Längsschnitt durch eine siebte Ausführungsform einer Plasmaelektrode

Figur 17: Querschnitt durch die Plasmaelektrode nach Figur 16

Figur 18: Längsschnitt durch eine achte Ausführungsform einer Plasmaelektrode

Figur 19: Querschnitt durch die Plasmaelektrode nach Figur 18

Figur 20: Längsschnitt durch eine neunte Ausführungsform einer Plasmaelektrode

Figur 21: Querschnitt durch die Plasmaelektrode nach Figur 20

Figur 22: Längsschnitt durch eine zehnte Ausführungsform einer Plasmaelektrode

Figur 23: Querschnitt durch die Plasmaelektrode nach Figur 22

Figur 24: Längsschnitt durch eine elfte Ausführungsform einer Plasmaelektrode

Figur 25: Querschnitt durch die Plasmaelektrode nach Figur 24

Figur 26: Längsschnitt durch eine zwölfte Ausführungsform einer Plasmaelektrode

Figur 27: Querschnitt durch die Plasmaelektrode nach Figur 26

Figur 28: Ein schematisiertes Ausführungsbeispiel im Schnitt, das eine Stauch-Umformung der zentrischen Kernhalter mit einem Stauchwerkzeug zeigt.

Figur 29: Der Kernhalter nach Figur 28 nach der Stauchumformung

Figur 30: Ein weiteres schematisiertes Ausführungsbeispiel mit einer Kernhalter, an deren Außenumfang Kühlkanäle in Form von Gewindegängen angeformt sind.

[0049] Das in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Prinzip der Führung der Kühlflüssigkeit gilt für sämtliche anderen Ausführungsformen nach den Figuren 4 bis 30, weil diese lediglich Abwandlungen des Prinzips nach Figuren 1 bis 3 sind. Deshalb gelten für die gleichen Teile auch die gleichen Erläuterungen.

[0050] Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Plasmaelektrode 1 besteht aus einem hohlzylindrischen Elektrodenkörper 2 aus einem Metallmaterial, bevorzugt einer Kupfer-Legierung oder einer Silber-Legierung, in dessen Innenraum ein hohlzylindrisches Kühlrohr 3 lösbar befestigt ist.

[0051] Das Kühlrohr 3 bildet in seinem Innenraum einen die Kühlflüssigkeit führenden Flüssigkeitskanal 4, welche in Pfeilrichtung 19 zur Vorderseite des Kühlrohrs 3 unter Druck befördert wird.

[0052] An der vorderen Innenseite des Elektrodenkörpers 2 ist bodenseitig ein Kernhalter 5 angeformt, in dem ein - z. B. aus Hafnium bestehender - Elektrodenkern 9 z.B. im Presssitz gehalten ist.

[0053] Der Elektrodenkern 9 ist stiftförmig, rundzylindrisch und in dessen vorderer Stirnseite ist die Emissionsfläche für den Plasma-Lichtbogen ausgebildet.

[0054] Wichtig bei der Erfindung ist nun, dass in einer bevorzugten Ausgestaltung der Teil des Elektrodenkörpers 2 bildende Kernhalter 5 als Konuskörper ausgebildet ist, das heißt, dieser Körper ist bevorzugt rundzylindrisch ausgebildet, wie dies durch die Kreisflächen 25 in Figur 3 schematisiert dargestellt ist. Er bildet also einen abgeflachten Kegelstumpf, wobei die abgeflachte Kegelstumpffläche eine Stirnseite 22 bildet.

[0055] Gemäß Figur 3 ist auf den Außenumfang des als Konuskörper ausgebildeten Kernhalters 5 die vordere Stirnseite des Kühlrohrs 3 aufgesteckt und bildet so einen Ringanschlag 10, der sich lagengesichert am Außenumfang des Kernhalters 5 anlegt und dort gehalten wird.

[0056] Die Innenseite des Kühlrohrs 3 bildet somit den Ringanschlag 10 zur Anlage auf der Außenfläche der als Konusfläche 7 ausgebildeten Mantelfläche des Kernhalters 5.

[0057] Es wird noch darauf hingewiesen, dass der Elektrodenkern 9 in einer stirnseitigen Bohrung 8 des Kernhalter 5 lagengesichert gehalten ist.

[0058] Wichtig ist nun, dass auf jeden Fall verhindert werden muss, dass das vordere Ende des Kühlrohrs 3 abdichtend auf dem Kernhalter 5 aufliegt. Zu diesem Zweck sind ein oder mehrere, die Kühlflüssigkeit führende Ausnehmungen vorgesehen, wobei im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 5 diese, die Kühlflüssigkeit führenden Ausnehmungen als spiegelsymmetrisch zueinander gegenüberliegenden Abflachungen 15 des als abgestumpfter Kegelkörper ausgebildeten Kernhalters 5 ausgebildet sind.

[0059] Dies ist in Figur 3 zeichnerisch dargestellt. Es ist gezeigt, dass an und für sich die als Kreisfläche 25 ausgebildete Oberfläche des kegelstumpfförmigen Kernhalters 5 beidseitig abgeschnitten ist, um so die Abflachungen 15 zu bilden, die nun ihrerseits zwei einander gegenüberliegende, die Kühlflüssigkeit führende Ringspalte bilden.

[0060] Durch diese Ringspalte fließt die in Pfeilrichtung 19 herangeführte Kühlflüssigkeit parallel zur Konusfläche 7 durch die Abflachungen in Pfeilrichtung 19 weiter (s. Figur 3), wird am Ringnutgrund 13 des Elektrodenkörpers 2 umgelenkt, und fließt dann in entgegengesetzter Pfeilrichtung 23 am Außenumfang des Kühlrohrs und am Innenumfang des Elektrodenkörpers 2 durch den Ringspalt 18 zurück.

[0061] Die Figur 3 zeigt hierbei die aus der Kreisfläche 25 beidseitig herausgeschnittene Stirnseite 22, in der das hintere Ende des Elektrodenkerns 9 als Elektrodenkern-Ansatz 11 in die Kühlflüssigkeit hineinragt.

[0062] In Abweichung zu dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 zeigt die Figur 4, dass es auch möglich ist, das hintere Ende des Elektrodenkerns 9 im Material des Kernhalters 5 versenkt anzubringen, sodass kein Elektrodenkern-Ansatz 11 flüssigkeitsberührt in die Kühlflüssigkeit hineinragt, wie dies in Figur 1 dargestellt ist.

[0063] Aus dem Ausführungsbeispiel der Figuren 2 und 5 kann auch entnommen werden, dass anstatt von zwei einander gegenüberliegenden Abflachungen 15 des Kernhalters 5 auch entweder nur eine Abflachung 15 vorhanden sein kann oder auch mehr als zwei Abflachungen, die dann bevorzugt gleichmäßig verteilt am Umfang angeordnet sind.

[0064] Hier zeigt das Ausführungsbeispiel nach den Figuren 6 und 7, dass statt der Verwendung von Abflachungen im Konuskörper des Kernhalters 5 radial nach außen offene Längsnuten 17 eingeformt sein können, durch welche die Kühlflüssigkeit hindurchfließt.

[0065] Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Längsnuten 17 als nach außen geöffnete keilförmige Nuten ausgebildet. Statt solcher keilförmiger Nuten können auch nach außen geöffnete halbrunde, elliptische oder anders profilierte Nuten verwendet werden. Auch ist die Anzahl der Nuten nicht beschränkt. Neben einer einzigen Längsnut 17 kann eine Vielzahl von Längsnuten 17 gleichmäßig verteilt am Umfang der als Kegelstumpfkörper ausgebildeten Kernhalters 5 angeordnet sein.

[0066] Dies zeigen als weitere Abwandlung des Erfindungsprinzips die Figuren 8 und 9, wo der Kernhalter 5 sternförmig ausgebildet ist, was bedeutet, dass die Längsnuten 17 einen relativ großen Materialbereich des Kernhalters 5 aussparen und hierdurch sich ein besonders großer, die Kühlflüssigkeit führender Ringspalt 16 ergibt.

[0067] Dies zeigt auch das Ausführungsbeispiel nach Figuren 10 und 11, wo gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Figuren 8 und 9 noch eine weitere Materialeinsparung bezüglich des Materials des Kernhalters 5 erfolgt und statt einer Vier-Stern-Anordnung nach Figur 9 nun eine Fünf-Stern-Anordnung nach Figur 11 vorgesehen ist. Damit ergibt sich eine stark vergrößerte Außenfläche des Kernhalters und optimale Kühleigenschaften. Er ist sozusagen als "Kühlkörper" ausgebildet. Solche Kühlkörper waren bisher nur zur konvektiven Luft-Kühlung von Halbleiter-Bauelementen bekannt. Die Erfindung schlägt jedoch einen flüssigkeitsgekühlten Kernhalter mit optimal vergrößerter Oberfläche vor.

[0068] Es sind also fünf gleichmäßig am Umfang verteilt angeordnete Längsnuten 17 vorhanden, welche geeignet sind, die aus dem Innenraum des Kühlrohrs 3 entströmende Kühlflüssigkeit gleichmäßig über den Außenumfang des Kernhalters 5 zu verteilen und in den Innenraum des Elektrodenkörpers 2 bis zum Ringnutgrund 13 zu leiten und dort in entgegengesetzter Richtung (Pfeilrichtung 23) wieder herauszuführen.

[0069] Je größer die Materialeinsparung im Material des Kernhalters 5 ist, und je geringer der Materialquerschnitt des Kernhalters 5 ist, desto besser ist die Kühlwirkung.

[0070] Dies bedeutet, dass der Kernhalter 5 aufgrund der stark vergrößerten, radial nach außen gerichteten Oberfläche - bedingt durch die Vielzahl der eingebrachten Längsnuten 17 - eine sehr große gekühlte Oberfläche aufweist, sodass eine dergestalt hergestellte Plasmaelektrode eine wesentlich höhere Standzeit wegen der verbesserten Kühlung des Elektrodenkerns 9 hat, als vergleichsweise andere, konkurrierende Produkte.

[0071] Nach den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 11 werden die Längsnuten 17 bevorzugt durch eine spanabhebende Bearbeitung mit einem Fräswerkzeug oder dergleichen erreicht.

[0072] Bei den folgenden Ausführungsbeispielen, z. B. dem Ausführungsbeispiel nach Figuren 12 und 13, ist es vorgesehen, dass anstatt der Längsnuten 17 nun Bohrkanäle 21 mit einem geeigneten Bohrwerkzeug eingebracht werden. Auch hier zeigt die Figur 13, dass insgesamt vier einander gegenüberliegende und gleichmäßig am Umfang verteilt angeordnete Bohrkanäle 21 zu einer entscheidenden Oberflächenvergrößerung des Außenumfangs des Kernhalters 5 führen, sodass der Kernhalter in optimaler Weise gekühlt wird.

[0073] Selbstverständlich ist es möglich, Bohrkanäle 21 mit Längsnuten 17 untereinander zu kombinieren.

[0074] Die Figur 15 zeigt, dass eine Vielzahl von Bohrkanälen 21 gleichmäßig verteilt am Umfang eingebracht werden können, und die Figuren 16 und 17 zeigen, dass auch wesentliches Material des Kernhalters 5 dadurch eingespart werden kann, indem diese nur einseitig ausgebildet ist und nur an einer Seite den radialen Innenumfang des Kühlrohrs 3 lagensichert, während der andere, gegenüberliegende Innenumfang des Kühlrohrs 3 freiliegt. Dadurch wird eine optimale Führung der Kühlflüssigkeit, ohne Strömungswiderstand, gewährleistet.

[0075] Die vorher in Figur 2 dargestellte beidseitige Abflachung erstreckt sich nun sozusagen über einen Winkel von 270 Grad gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 17.

[0076] Demgegenüber zeigt das Ausführungsbeispiel nach den Figuren 18 und 19, dass sich die Abflachung auch über einen Winkel von 180 Grad erstrecken kann, um so einen sich über einen Kreiswinkel von 180 Grad erstreckenden Ringspalt 28 zu ergeben.

[0077] Die Figuren 20 und 21 zeigen in Abweichung zum Ausführungsbeispiel nach Figur 2, dass zusätzlich neben den beiden einander gegenüberliegenden Abflachungen 15 auch noch einander gegenüberliegende Bohrkanäle 21 eingebracht werden können, um so für eine optimale Führung der Kühlflüssigkeit zu sorgen.

[0078] Die Stirnseite 20 des Kühlrohrs 3 (s. Figur 1) muss jedoch nicht unbedingt innenseitig am Außenumfang des als Kegelstumpf ausgebildeten Kernhalters 5 aufliegen.

[0079] In einer anderen Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass diese Stirnseite an zugeordneten, ringförmigen und sich über den Außenumfang des Kernhalters erstreckende, halboffene Ringnuten anlegen, sodass die gesamte Stirnseite 20 dann bündig in der am Außenumfang des Kernhalters 5 angeordneten Ringnut anliegt.

[0080] Im Ausführungsbeispiel nach Figur 22 ist in Kombination des Ausführungsbeispieles nach Figur 17 noch dargestellt, dass im einseitig asymmetrisch ausgebildeten Kernhalter 5 noch ein zusätzlicher oder mehrere zusätzliche Bohrkanäle 21 angeordnet sein können.

[0081] Die Figuren 24 und 25 zeigen, dass in dem einseitig asymmetrisch ausgebildeten Kernhalter 5 zwei oder mehrere Bohrkanäle 21 angeordnet sein können.

[0082] In Figuren 26 und 27 ist dargestellt, dass in eine asymmetrischen Kernhalter auch drei Bohrkanäle angeordnet sein können, sodass bei allen einseitigen Ausführungsformen der kegelstumpfförmigen Kernhalter mindestens eine einseitige Segmentaussparung 24 vorhanden ist, die sich über einen beliebigen Umfangswinkel von z. B. 60, 90, 180 oder 270 Grad erstrecken kann.

[0083] Wichtig bei allen Ausführungsformen ist, dass die Längsachse 27 des Kühlrohres 3 dezentriert in des Kernhalters 5 gehalten ist.

[0084] Wenn bei den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, dass der Kernhalter 5 auch einseitig und asymmetrisch ausgebildet sein kann, so kann es vorgesehen werden, dass im gegenüberliegenden, freiliegenden Teil des Kernhalters, an der keine Anlage des Kühlrohres erfolgt, noch zusätzliche Zentriermittel vorhanden sind.

[0085] Im Ausführungsbeispiel nach Figur 28 ist dargestellt, dass die Umformung eines rundzylindrischen Kernhalters 5 mit einem Stauchwerkzeug 29 erfolgt. Es ist nicht lösungsnotwendig, dass der Kernhalter 5 als Konuskörper ausgebildet ist, wie dies in den vorherigen Ausführungsbeispielen beschrieben war. Auf die Stirnseite des zylinderförmigen Kernhalters 5 wird das Stauchwerkzeug 29 aufgesetzt, sodass der Stauchkopf 30 die obere Stirnseite 22 des Kernhalters 5 übergreift. Der Stempel 32 des Stauchkopfs 30 liegt auf diese Stirnseite 22 auf. Durch einen Pressschlag in Pfeilrichtung 35 wird der Kernhalter 5 gestaucht und bildet einen radialen, den Durchmesser vergrößernden Wulst 33 gemäß Figur 29 aus. Dieser Wulst 33 ist die Auflagefläche für die vordere Stirnseite des Kühlrohrs 3.

[0086] Von Vorteil ist, wenn am Stauchkopf 30 noch seitliche Schrägen 31 angeformt sind, die zwischen sich rippenförmige, schräg nach außen gerichtete Nuten ausbilden. Die Schrägen 31 verformen die oberen Seitenflächen des Kernhalters 5 während der Stauchumformung und formen so gleichzeitig radial und schräg nach außen gerichtete Abflachungen 15 oder Längsnuten 17 hinein.

[0087] Durch die so während der Stauchumformung eingeformten Abflachungen 15 oder Längsnuten 17 werden nach außen geöffnete Kühlkanäle zur Führung des Kühlmediums über die so vergrößerte Oberfläche des Kernhalters ausgebildet.

[0088] Statt der Anbringung der Abflachungen 15 oder der Längsnuten 17 durch eine Stauch-Umformung ist es in einer Weiterbildung vorgesehen, dass ein Gewinde 34 in die Oberfläche des Kernhalters eingeschnitten oder durch ein Presswerkzeug eingeformt wird. Auch hier werden durch den Gewindeschnitt zusätzliche Kühlkanäle großer Länge gebildet.

[0089] Damit beansprucht die Erfindung nach dem Gegenstand des unabhängigen Anspruches 11 eine Vergrößerung der Oberfläche des Kernhalters 5 durch Abflachungen 15, Längsnuten 17 und Gewinde 34 unabhängig davon, ob die Vorderseite des Kühlrohrs 3 berührend auf dem Kernhalter 5 aufsitzt oder den Kernhalter unter Bildung eines Ringspaltes 16 berührungslos übergreift.

[0090] Durch die Vergrößerung der Oberfläche des Kernhalters 5 wird eine wesentlich verbesserte Kühlung des Kernhalters in direkter Nähe zum annähernd auf 1000 bis 2000 Celsius Grad aufgeheizten Elektrodenkern 9 erreicht. Die Standzeit des Elektrodenkerns 9 konnte so entscheidend verbessert werden.

[0091] Diese technische Lehre der vergrößerten Kühlfläche des Kernhalters wird sowohl in Kombination mit den Merkmalen aller anderen Patentansprüche, als auch in Alleinstellung als erfindungswesentlich beansprucht.

Zeichnungslegende

[0092] 

1.

Plasmaelektrode

2.

Elektrodenkörper

3.

Kühlrohr

4.

Flüssigkeitskanal

5.

Kernhalter

6.

 

7.

Konusfläche

8.

Bohrung

9.

Elektrodenkern

10.

Ringanschlag

11.

Elektrodenkern-Ansatz

12.

 

13.

Ringnutgrund von 18

14.

 

15.

Abflachung

16.

Ringspalt

17.

Längsnut

18.

Ringspalt

19.

Pfeilrichtung

20.

Stirnseite

21.

Bohrkanal

22.

Stirnseite von 5

23.

Pfeilrichtung

24.

Segmentaussparung

25.

Kreisfläche

26.

Stirnfläche von 3

27.

Längsachse (Anschlag)

28.

Ringspalt

29.

Stauchwerkzeug

30.

Stauchkopf

31.

Schräge

32.

Stempel

33.

Wulst

34.

Gewinde

35.

Pfeilrichtung

Ansprüche

1. Plasmaelektrode (1) für eine Plasma-Schneidvorrichtung, die aus einem etwa hohlzylindrischen Elektrodenkörper (2) besteht, an dessen vorderen Seite ein in den Innenraum der Elektrode gerichteter, stirnseitig angeordneter, zentrischer Kernhalter (5) für die Halterung eines emittierenden Elektrodenkerns (8) angeordnet ist, wobei im Innenraum des Elektrodenkörpers (2) ein Kühlrohr (3) angeordnet ist, durch das ein axialer Kühlflüssigkeitsstrom fließt, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr (3) mit seiner vorderen Stirnseite (20) mindestens teilweise auf dem Kernhalter (5) lagengesichert gehalten ist.

2. Plasmaelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernhalter (5) als in den Innenraum des Elektrodenkörpers gerichteter Konuskörper ausgebildet ist, dessen Konusflächen (7) sich vom Grund des Elektrodenkörpers (2) ausgehend in axialer Richtung verjüngen.

3. Plasmaelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Kernhalter (5) mindestens eine die Kühlflüssigkeit führende Ausnehmung (16, 17, 21, 24) angeordnet ist.

4. Plasmaelektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Kernhalter (5) angeordnete Ausnehmung (16, 17, 21, 24) die im Innenraum des Kühlrohrs (3) geführte Kühlflüssigkeit aus dem Innenraum des Kühlrohrs (3) in den äußeren Ringspalt (18) zwischen der Außenfläche des Kühlrohrs und der Innenfläche des Elektrodenkörpers (2) umlenkt.

5. Plasmaelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die im Kernhalter (5) angeordnete Ausnehmung als mindestens einseitige, axial gerichtete flüssigkeitsführende Abflachung (15) ausgebildet ist.

6. Plasmaelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die im Kernhalter (5) angeordnete Ausnehmung (16, 17, 21, 24) parallel zur Konusfläche (7) des konischen Kernhalters (5) angeordnet ist.

7. Plasmaelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die im Kernhalter (5) angeordnete Ausnehmung (16, 17, 21, 24) als halboffene Längsnut (17) oder als halboffener Bohrkanal (18) oder radial nach außen offene Segmentaussparung (24) ausgebildet ist.

8. Plasmaelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren, die Kühlflüssigkeit führende Ausnehmungen (16, 17, 21, 24) gleichmäßig verteilt am Umfang des Kernhalters (5) angeordnet sind.

9. Plasmaelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Innenraum des Kühlrohres gerichtete Stirnseite (22) des Kernhalters (5) abgeflacht ist und die hintere Stirnseite des Elektrodenkerns (9) flächenbündig mit dieser Stirnseite (22) ist.

10. Plasmaelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Innenraum des Kühlrohres gerichtete Stirnseite (22) des Kernhalters (5) abgeflacht ist und der Elektrodenkern (9) mit einem verlängerten Ansatz (11) in den Innenraum des Kühlrohrs (3) hinein ragt.

11. Plasmaelektrode (1) für eine Plasma-Schneidvorrichtung, die aus einem etwa hohlzylindrischen Elektrodenkörper (2) besteht, an dessen vorderen Seite eine in den Innenraum der Elektrode gerichteter, stirnseitig angeordneter, zentrischer Kernhalter (5) für einen Elektrodenkern (8) angeordnet ist, wobei im Innenraum des Elektrodenkörpers (2) ein Kühlrohr (3) angeordnet ist, durch das ein axialer Kühlflüssigkeitsstrom fließt, , dadurch gekennzeichnet, dass in der Oberfläche des Kernhalters (5) Rippen oder Nuten oder Bohrungen oder Gewindegänge eingeformt sind, welche die gekühlte Oberfläche des Kernhalters (5) vergrößern.

12. Plasmaelektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernhalter (5) als in den Innenraum des Elektrodenkörpers gerichteter Zylinderkörper ausgebildet ist, in dessen Oberfläche Rippen oder Bohrungen oder Nuten oder Gewindegänge eingeformt sind.

13. Plasmaelektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der als Zylinderkörper ausgebildete Kernhalter (5) durch eine Stauch-Umformung mindestens einen den Durchmesser des Kernhalters (5) vergrößernden Wulst aufweist, auf dem die Stirnseite des Kühlrohrs (3) aufsitzt.

14. Plasmaelektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr an seiner vorderen, des Kernhalters (5) zugewandten Seite seitliche Schlitze oder seitliche Bohrungen aufweist.

Amended claims

Geänderte Patentansprüche gemäss Regel 137(2) EPÜ.

1. Plasmaelektrode (1) für eine Plasma-Schneidvorrichtung, die aus einem etwa hohlzylindrischen Elektrodenkörper (2) besteht, an dessen vorderen Seite ein in den Innenraum der Elektrode gerichteter, stirnseitig angeordneter, zentrischer Kernhalter (5) für die Halterung eines emittierenden Elektrodenkerns (8) angeordnet ist, wobei im Innenraum des Elektrodenkörpers (2) ein Kühlrohr (3) angeordnet ist, durch das ein axialer Kühlflüssigkeitsstrom fließt, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr (3) mit seiner vorderen Stirnseite (20) mindestens teilweise auf dem Kernhalter (5) lagengesichert gehalten ist.

2. Plasmaelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernhalter (5) als in den Innenraum des Elektrodenkörpers gerichteter Konuskörper ausgebildet ist, dessen Konusflächen (7) sich vom Grund des Elektrodenkörpers (2) ausgehend in axialer Richtung verjüngen.

3. Plasmaelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Karnhalter (5) mindestens eine die Kühlflüssigkeit führende Ausnehmung (16, 17, 21, 24) angeordnet ist.

4. Plasmaelektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Kernhalter (5) angeordnete Ausnehmung (16, 17, 21, 24) die im Innenraum des Kühlrohrs (3) geführte Kühlflüssigkeit aus dem Innenraum des Kühlrohrs (3) in den äußeren Ringspalt (18) zwischen der Außenfläche des Kühlrohrs und der Innenfläche des Elektrodenkörpers (2) umlenkt.

5. Plasmaelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die im Kernhalter (5) angeordnete Ausnehmung als mindestens einseitige, axial gerichtete flüssigkeitsführende Abflachung (15) ausgebildet ist.

6. Plasmaelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die im Kernhalter (5) angeordnete Ausnehmung (16, 17, 21, 24) parallel zur Konusfläche (7) des konischen Kernhalters (5) angeordnet ist.

7. Plasmaelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die im Kernhalter (5) angeordnete Ausnehmung (16, 17, 21, 24) als halboffene Längsnut (17) oder als halboffener Bohrkanal (18) oder radial nach außen offene Segmentaussparung (24) ausgebildet ist.

8. Plasmaelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren, die Kühlflüssigkeit führende Ausnehmungen (16, 17, 21, 24) gleichmäßig verteilt am Umfang des Kernhalters (5) angeordnet sind.

9. Plasmaelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Innenraum des Kühlrohres gerichtete Stirnseite (22) des Kernhalters (5) abgeflacht ist und die hintere Stirnseite des Elektrodenkerns (9) flächenbündig mit dieser Stirnseite (22) ist.

10. Plasmaelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Innenraum des Kühlrohres gerichtete Stirnseite (22) des Kernhalters (5) abgeflacht ist und der Elektrodenkern (9) mit einem verlängerten Ansatz (11) in den Innenraum des Kühlrohrs (3) hinein ragt.

11. Plasmaelektrode (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Oberfläche des Kernhalters (5) Rippen oder Nuten oder Bohrungen oder Gewindegänge eingeformt sind, welche die gekühlte Oberfläche des Kernhalters (5) vergrößern.

12. Plasmaelektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernhalter (5) als in den Innenraum des Elektrodenkörpers gerichteter Zylinderkörper ausgebildet ist, in dessen Oberfläche Rippen oder Bohrungen oder Nuten oder Gewindegänge eingeformt sind.

13. Plasmaelektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der als Zylinderkörper ausgebildete Kernhalter (5) durch eine Stauch-Umformung mindestens einen den Durchmesser des Kernhalters (5) vergrößernden Wulst aufweist, auf dem die Stirnseite des Kühlrohrs (3) aufsitzt.

14. Plasmaelektrode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr an seiner vorderen, des Kernhalters (5) zugewandten Seite seitliche Schlitze oder seitliche Bohrungen aufweist.

Zeichnung