Boquilla y cubierta de boquilla para un soplete de plasma enfriado por líquido, así como cabeza de soplete de plasma con la misma/las mismas.

Boquilla (4) para un soplete de plasma enfriado por líquido, que comprende un orificio de boquilla (4.

10)para la salida de un chorro de gas de plasma en una punta de boquilla (4.11), una primera sección (4.1),cuya superficie externa (4.4) es esencialmente cilíndrica, y una segunda sección (4.2) que le sigue hacia lapunta de boquilla (4.11), cuya superficie externa (4.5) se estrecha hacia la punta de boquilla (4.11)esencialmente de forma cónica, en la que a) al menos una ranura de suministro de líquido (4.20; 4.21) estáprevista y se extiende por la segunda sección (4.2) en la superficie externa (4.5) de la boquilla (4) hacia lapunta de boquilla (4.11) y exactamente una ranura de retorno de líquido (4.22) separada de la o lasranura(s) de suministro de líquido (4.20; 4.21) está prevista y se extiende por la segunda sección (4.2), o b)exactamente una ranura de suministro de líquido (4.20 ó 4.21) está prevista y se extiende por la segundasección (4.2) en la superficie externa (4.5) de la boquilla (4) hacia la punta de boquilla (4.11) y al menos unaranura de retorno de líquido (4.22) separada de la ranura de suministro de líquido (4.20 ó 4.21) estáprevista y se extiende por la segunda sección (4.2), caracterizada porque la ranura de suministro de líquido(4.20; 4.21) también se extiende por una parte de la primera sección (4.1).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E09011322.

Solicitante: KJELLBERG FINSTERWALDE PLASMA UND MASCHINEN GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: LEIPZIGER STRASSE 82 03238 FINSTERWALDE ALEMANIA.

Inventor/es: GRUNDKE,TIMO, LAURISCH,FRANK, KRINK,VOLKER.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H05H1/28 SECCION H — ELECTRICIDAD.H05 TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR.H05H TECNICA DEL PLASMA (tubos de haz iónico H01J 27/00; generadores magnetohidrodinámicos H02K 44/08; producción de rayos X utilizando la generación de un plasma H05G 2/00 ); PRODUCCION DE PARTICULAS ACELERADAS ELECTRICAMENTE CARGADAS O DE NEUTRONES (obtención de neutrones a partir de fuentes radiactivas G21, p. ej. G21B, G21C, G21G ); PRODUCCION O ACELERACION DE HACES MOLECULARES O ATOMICOS NEUTROS (relojes atómicos G04F 5/14; dispositivos que utilizan la emisión estimulada H01S; regulación de la frecuencia por comparación con una frecuencia de referencia determinada por los niveles de energía de moléculas, de átomos o de partículas subatómicas H03L 7/26). › H05H 1/00 Producción del plasma; Manipulación del plasma (aplicación de la técnica del plasma a reactores de fusión termonuclear G21B 1/00). › Disposiciones para el enfriamiento.
  • H05H1/34 H05H 1/00 […] › Detalles, p. ej. electrodos, toberas.

PDF original: ES-2425436_T3.pdf

 

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Boquilla y cubierta de boquilla para un soplete de plasma enfriado por líquido, así como cabeza de soplete de plasma con la misma/las mismas.

Fragmento de la descripción:

Boquilla y cubierta de boquilla para un soplete de plasma enfriado por líquido, así como cabeza de soplete de plasma con la misma/las mismas.

La presente invención se refiere a una boquilla para un soplete de plasma enfriado por líquido, una cubierta de boquilla para un soplete de plasma enfriado por líquido así como una cabeza de soplete de plasma con la misma/las mismas.

Como plasma se designa un gas eléctricamente conductor muy calentado térmicamente que se compone de iones positivos y negativos, electrones así como moléculas y átomos excitados y neutros.

Como gas de plasma se utilizan diferentes gases, por ejemplo el argón monoatómico y/o los gases diatómicos hidrógeno, nitrógeno, oxígeno o aire. Estos gases se ionizan y disocian por la energía de un arco eléctrico. El arco eléctrico constreñido a través de una boquilla se denomina entonces chorro de plasma.

El diseño de la boquilla y el electrodo puede influir considerablemente en los parámetros del chorro de plasma. Estos parámetros del chorro de plasma son, por ejemplo, el diámetro de chorro, la temperatura, densidad de energía y la velocidad de flujo del gas.

En el corte por plasma por ejemplo se constriñe el plasma a través de una boquilla que puede estar enfriada por gas o agua. De este modo pueden alcanzarse densidades de energía de hasta 2x106 W/cm2. En el chorro de plasma aparecen temperaturas de hasta 30.000ºC, que junto con la alta velocidad de flujo del gas permiten velocidades de corte muy altas en materiales.

Los sopletes de plasma pueden hacerse funcionar directa o indirectamente. En el modo de funcionamiento directo la corriente fluye desde la fuente de corriente a través del electrodo del soplete de plasma, el chorro de plasma generado por medio del arco eléctrico y constreñido a través de la boquilla directamente a través de la pieza de trabajo de vuelta hacia la fuente de corriente. Con el modo funcionamiento directo pueden cortarse materiales eléctricamente conductores.

En el modo de funcionamiento indirecto la corriente fluye desde la fuente de corriente a través del electrodo del soplete de plasma, el chorro de plasma generado por medio del arco eléctrico y constreñido a través de la boquilla y la boquilla de vuelta hacia la fuente de corriente. A este respecto la boquilla se carga aún más que con el corte por plasma directo, porque no sólo constriñe el chorro de plasma, sino que también materializa el punto de salida del arco eléctrico. Con el modo de funcionamiento indirecto pueden cortarse materiales tanto eléctricamente conductores como no conductores.

Debido a la alta carga térmica de la boquilla, por regla general ésta se fabrica de un material metálico, preferiblemente de cobre debido a su alta conductividad eléctrica y conductividad térmica. Lo mismo se aplica para el portaelectrodos, que sin embargo también puede estar fabricado de plata. Entonces la boquilla se utiliza en un soplete de plasma, cuyos componentes principales son una cabeza de soplete de plasma, una cubierta de boquilla, una parte de guiado de gas de plasma, una boquilla, un soporte de boquilla, un alojamiento de electrodo, un portaelectrodos con encaje de electrodo y en los sopletes de plasma modernos un soporte de cubierta de protección de boquilla y una cubierta de protección de boquilla. El portaelectrodos fija un encaje de electrodo puntiagudo de volframio que es adecuado para el uso de gases como gas de plasma que no se oxidan, por ejemplo una mezcla de argón-hidrógeno. Un denominado electrodo plano, cuyo encaje de electrodo está compuesto por ejemplo de hafnio, también es adecuado para el uso de gases como gas de plasma que se oxidan, por ejemplo aire u oxígeno. Para alcanzar una vida útil prolongada para la boquilla, ésta se enfría en este caso con un líquido, por ejemplo agua. El medio de enfriamiento se guía a través de una alimentación de agua hacia la boquilla y, a través de un retorno de agua, lejos de la boquilla y a este respecto fluye a través de un espacio de medio de enfriamiento que se delimita por la boquilla y la cubierta de boquilla.

En el documento DD 36014 B1 se describe una boquilla. Ésta está compuesta por un material buen conductor, por ejemplo cobre, y tiene una forma geométrica asociada al tipo de soplete de plasma respectivo, por ejemplo un espacio de descarga configurado de manera cónica con una salida de boquilla cilíndrica. La forma externa de la boquilla está configurada como cono, consiguiéndose un grosor de pared casi igual que está dimensionado de modo que se garantiza una buena estabilidad de la boquilla y una buena conducción térmica hacia el medio de enfriamiento. La boquilla se coloca en un portaboquillas. El portaboquillas está compuesto por un material resistente a la corrosión, por ejemplo latón, y tiene por dentro un alojamiento de centrado para la boquilla así como una ranura para una goma de sellado que sella el espacio de descarga frente al medio de enfriamiento. Además en el portaboquillas se encuentran orificios desplazados 180º para el suministro y retorno del medio de enfriamiento. En el diámetro externo del portaboquillas se encuentran una ranura para una goma redonda para sellar el espacio de medio de enfriamiento frente a la atmósfera así como una rosca y un alojamiento de centrado para una cubierta de boquilla. La cubierta de boquilla, también de un material resistente a la corrosión, por ejemplo latón, está configurada en ángulo agudo y tiene un espesor de pared dimensionado convenientemente para la disipación de calor de radiación hacia el medio de enfriamiento. El diámetro interno más pequeño está dotado de un anillo redondo. Como medio de enfriamiento se utiliza de la manera más sencilla agua. Esta disposición posibilitará una fabricación sencilla de las boquillas con un uso ahorrativo de material y un intercambio rápido de éstas así como, por la forma constructiva en ángulo agudo, una orientación del soplete de plasma con respecto a la pieza de trabajo y de este modo cortes oblicuos.

En el documento DE-OS 1 565 638 se describe un soplete de plasma, preferiblemente para el corte por fusión por plasma de materiales y para la preparación de bordes de soldadura. La forma delgada de la cabeza de soplete se alcanza mediante el uso de una boquilla de corte en ángulo especialmente agudo, cuyos ángulos interno y externo son iguales entre sí y también iguales a los ángulos interno y externo de la cubierta de boquilla. Entre la cubierta de boquilla y la boquilla de corte se forma un espacio de medio de enfriamiento en el que la cubierta de boquilla está dotada de un aro que efectúa un sellado metálico con la boquilla de corte, de modo que así se origina un intersticio anular uniforme como espacio de medio de enfriamiento. El aporte y la evacuación del medio de enfriamiento, en general agua, se produce a través de dos ojales en el portaboquillas dispuestos desplazados 180º entre sí.

En el documento DE 25 25 939 se describe un soplete de arco eléctrico por plasma, en particular para cortar o soldar, en el que el portaelectrodos y el cuerpo de boquilla forman una unidad constructiva intercambiable. El aporte de medio de enfriamiento externo se forma esencialmente mediante una cubierta de cierre que rodea el cuerpo de boquilla. El medio de enfriamiento fluye a través de canales al interior de un espacio anular que se forma por el cuerpo de boquilla y la cubierta de cierre.

El documento DE 692 33 071 T2 se refiere a un dispositivo de corte por plasma de arco eléctrico. En el mismo se describe una forma de realización de una boquilla para un soplete de corte de arco eléctrico por plasma que está formado por un material conductor y presenta una abertura de salida para un chorro de gas de plasma y una sección de cuerpo hueca que está configurada de modo que tiene una configuración en general cónica de pared delgada que está inclinada en dirección a la abertura de salida y presenta una sección de cabeza agrandada que está configurada formando una sola pieza con la sección de cuerpo, siendo la sección de cabeza maciza a excepción de un canal central que se alinea con la abertura de salida y presenta una superficie externa en general cónica que también está inclinada en dirección a la abertura de salida y tiene un diámetro que limita con el de la sección de cuerpo adyacente que sobrepasa el diámetro de la sección de cuerpo para formar un rebaje recortado. El dispositivo de corte por plasma de arco eléctrico tiene una cubierta de gas secundario. Además entre la boquilla y la cubierta de gas secundario está dispuesta una cubierta enfriada por agua para formar una cámara enfriada por agua para la superficie externa de la boquilla para un enfriamiento altamente eficaz. La boquilla está... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Boquilla (4) para un soplete de plasma enfriado por líquido, que comprende un orificio de boquilla (4.10) para la salida de un chorro de gas de plasma en una punta de boquilla (4.11) , una primera sección (4.1) , cuya superficie externa (4.4) es esencialmente cilíndrica, y una segunda sección (4.2) que le sigue hacia la punta de boquilla (4.11) , cuya superficie externa (4.5) se estrecha hacia la punta de boquilla (4.11) esencialmente de forma cónica, en la que a) al menos una ranura de suministro de líquido (4.20; 4.21) está prevista y se extiende por la segunda sección (4.2) en la superficie externa (4.5) de la boquilla (4) hacia la punta de boquilla (4.11) y exactamente una ranura de retorno de líquido (4.22) separada de la o las ranura (s) de suministro de líquido (4.20; 4.21) está prevista y se extiende por la segunda sección (4.2) , o b) exactamente una ranura de suministro de líquido (4.20 ó 4.21) está prevista y se extiende por la segunda sección (4.2) en la superficie externa (4.5) de la boquilla (4) hacia la punta de boquilla (4.11) y al menos una ranura de retorno de líquido (4.22) separada de la ranura de suministro de líquido (4.20 ó 4.21) está prevista y se extiende por la segunda sección (4.2) , caracterizada porque la ranura de suministro de líquido (4.20; 4.21) también se extiende por una parte de la primera sección (4.1) .

2. Boquilla según la reivindicación 1, caracterizada porque la (s) ranura (s) de retorno de líquido (4.22) también se extiende (n) por una parte de la primera sección (4.1) en la superficie externa de la boquilla (4) .

3. Boquilla según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque en el caso a) están previstas al menos dos ranuras de suministro de líquido (4.20; 4.21) y en el caso b) al menos dos ranuras de retorno de líquido (4.22) .

4. Boquilla según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el centro de la ranura de suministro de líquido

(4.20) y el centro de la ranura de retorno de líquido (4.22) están dispuestos desplazados 180º entre sí en el perímetro de la boquilla (4) .

5. Boquilla según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque en el caso a) el ancho de la ranura de retorno de líquido y en el caso b) el ancho de la ranura de suministro de líquido en la dirección perimetral se encuentra en el intervalo de desde 90º hasta 270º.

6. Boquilla según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque en el caso a) en la primera sección (4.1) de la boquilla (4) se encuentra una ranura (4.6) que está unida con la ranura de suministro de líquido (4.20) y porque en el caso b) en la primera sección (4.1) de la boquilla (4) se encuentra una ranura que está unida con la ranura de retorno de líquido (4.22) , en particular porque en el caso a) la ranura (4.6) se extiende en la dirección perimetral de la primera sección (4.1) de la boquilla (4) por todo el perímetro o porque en el caso a) la ranura (4.6) se extiende en la dirección perimetral de la primera sección (4.1) de la boquilla (4) por un ángulo en el intervalo de desde 60º hasta 300º y porque en el caso b) la ranura se extiende en la dirección perimetral de la primera sección (4.1) de la boquilla (4) por un ángulo en el intervalo de desde 60º hasta 300º o porque en el caso a) la ranura (4.6) se extiende en la dirección perimetral de la primera sección (4.1) de la boquilla (4) por un ángulo en el intervalo de desde 90º hasta 270º y porque en el caso b) la ranura se extiende en la dirección perimetral de la primera sección (4.1) de la boquilla (4) por un ángulo en el intervalo de desde 90º hasta 270º.

7. Boquilla según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque en el caso a) están previstas exactamente dos ranuras de suministro de líquido (4.20; 4.21) y en el caso b) exactamente dos ranuras de retorno de líquido (4.22) .

8. Boquilla según la reivindicación 7, caracterizada porque en el caso a) las dos ranuras de suministro de líquido (4.20; 4.21) están dispuestas en el perímetro de la boquilla de manera simétrica con respecto a una recta que se extiende desde el centro de la ranura de retorno de líquido (4.22) en ángulo recto a través del eje longitudinal de la boquilla (4) , y en el caso b) las dos ranuras de retorno de líquido están dispuestas en el perímetro de la boquilla de manera simétrica con respecto a una recta que se extiende desde el centro de la ranura de suministro de líquido en ángulo recto a través del eje longitudinal de la boquilla (4) .

9. Boquilla según la reivindicación 7 u 8, caracterizada porque en el caso a) los centros de las dos ranuras de suministro de líquido (4.20; 4.21) y en el caso b) los centros de las dos ranuras de retorno de líquido están dispuestos en el perímetro de la boquilla (4) desplazados entre sí en un ángulo que se encuentra en el intervalo de desde 30º hasta 180º.

10. Boquilla según una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizada porque en el caso a) el ancho de la ranura de retorno de líquido (4.22) y en el caso b) el ancho de la ranura de suministro de líquido en la dirección perimetral se encuentra en el intervalo de desde 120º hasta 270º.

11. Boquilla según una de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizada porque en el caso a) las dos ranuras de suministro de líquido (4.20; 4.21) en la primera sección (4.1) de la boquilla (4) están unidas entre sí y porque en el caso b) las dos ranuras de retorno de líquido en la primera sección (4.1) de la boquilla (4) están unidas entre sí.

12. Boquilla según la reivindicación 11, caracterizada porque en el caso a) las dos ranuras de suministro de líquido (4.20; 4.21) en la primera sección (4.1) de la boquilla (4) están unidas entre sí a través de una ranura (4.6) y porque en el caso b) las dos ranuras de retorno de líquido en la primera sección (4.1) de la boquilla (4) están unidas a través de una ranura, en particular porque la ranura (4.6) en el caso a) sobrepasa una de las, o ambas, ranuras de suministro de líquido (4.20; 4.21) y porque en el caso b) la ranura sobrepasa una de las, o ambas, ranuras de retorno de líquido.

13. Cubierta de boquilla para un soplete de plasma enfriado por líquido, presentando la cubierta de boquilla (2) una superficie interna (2.2) que se estrecha esencialmente de forma cónica, caracterizada porque la superficie interna (2.2) de la cubierta de boquilla (2) presenta en un plano radial al menos dos, en particular exactamente tres, rebajes (2.6) .

14. Cabeza de soplete de plasma (1) , que comprende:

- una boquilla según una de las reivindicaciones 1 a 12,

- un soporte de boquilla (5) para soportar la boquilla (4) , y

- una cubierta de boquilla (2) , preferiblemente según la reivindicación 13, formando la cubierta de boquilla

(2) y la boquilla (4) un espacio de líquido de enfriamiento (10) , que a través de dos orificios desplazados de 60º a 180º en cada caso puede unirse con un conducto de suministro de líquido de enfriamiento o conducto de retorno de líquido de enfriamiento, estando diseñado el soporte de boquilla (5) de modo que el líquido de enfriamiento llega casi en perpendicular al eje longitudinal de la cabeza de soplete de plasma (1) incidiendo sobre la boquilla (4) al interior del espacio de líquido de enfriamiento (10) y/o casi en perpendicular al eje longitudinal desde el espacio de líquido de enfriamiento al interior del soporte de boquilla.

15. Cabeza de soplete de plasma (1) según la reivindicación 14, caracterizada porque la boquilla (4) presenta una o dos ranura (s) de suministro de líquido de enfriamiento (4.20; 4.21) , y la cubierta de boquilla (2) presenta sobre su superficie interna (2.5) al menos dos, en particular exactamente tres, rebajes (2.6) cuyas aberturas dirigidas a la boquilla (4) se extienden en cada caso por una medida de arco (b2) , siendo la medida de arco (d4; e4) de las zonas (4.31; 4.32) de la boquilla (4) que limitan en la dirección perimetral con la (s) ranura (s) de suministro de líquido de enfriamiento (4.20; 4.21) , y que sobresalen hacia fuera con respecto a la o las ranura (s) de suministro de líquido de enfriamiento en cada caso al menos igual de grande que la medida de arco (b2) .

16. Cabeza de soplete de plasma (1) según las reivindicaciones 14 ó 15, caracterizada porque la medida de arco (c2) de la sección entre los rebajes (2.6) de la cubierta de boquilla (2) es como máximo la mitad de grande que la medida de arco mínima (a4) de la ranura de retorno de líquido de enfriamiento (4.22) o la medida de arco mínima (b4) de la (s) ranura (s) de suministro de líquido de enfriamiento (4.20) y/o (4.21) de la boquilla (4) .


 

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