DE1244626B

DE1244626B - Injection device for fusible material

Info

Publication number: DE1244626B
Application number: DEM41986A
Authority: DE
Inventors: Merle Lee Thorpe
Original assignee: Metco Inc
Current assignee: Metco Inc
Priority date: 1958-06-30
Filing date: 1959-06-29
Publication date: 1967-07-13

Description

Spritzvorrichtung für schmelzbares Material Die Erfindung betrifft eine Spritzvorrichtung für schmelzbares Material mit einer geschlossenen Kammer und einer Austrittsdüse aus dieser Kammer, mit zwei im Abstand zueinander angeordneten Elektroden zur Bildung einer Lichtbogenzone in der Kammer, von denen die eine Elektrode vorzugsweise ein Teil der Düse bildet, mit Vorrichtungen zum Einführen eines Gases in die Kammer, das durch den Lichtbogen in ein Plasma umgewandelt werden kann und aus der Düse ausgestoßen wird, sowie mit einer Vorrichtung zum Einführen von schmelzbarem Material.Meltable Material Injection Apparatus This invention relates to a fusible material injection device having a closed chamber and an outlet nozzle from this chamber, with two spaced apart Electrodes to create an arc zone in the chamber, one of which is electrode preferably forms part of the nozzle, with devices for introducing a gas into the chamber, which can be converted into a plasma by the arc and is ejected from the nozzle, as well as with a device for introducing fusible Material.

Bei den bisher bekannten Spritzvorrichtungen dieser Art wird das Gas in die Kammer eingeführt und desgleichen auch das schmelzbare Material, das in der Kammer über seine Schmelztemperatur erhitzt und mit dem aus der Kammer austretenden Gas gegen die zu überziehende Oberfläche gespritzt wird.In the previously known spray devices of this type, the gas introduced into the chamber and likewise the fusible material contained in the Chamber heated above its melting temperature and with the emerging from the chamber Gas is sprayed against the surface to be coated.

Bei einer solchen Spritzvorrichtung führen die Zuführungsleitungen für das zu schmelzende Material, z. B. Pulver, in die Kammer, und zwar an einer Stelle zwischen den beiden Elektroden, so daß das schmelzbare Material unmittelbar mit dem Lichtbogen in Berührung kommt, um zu erreichen, daß bei Zugeben des schmelzbaren Materials unmittelbar in den Lichtbogen die größte Hitzeübertragung an das schmelzbare Material stattfindet. Es ergibt sich jedoch, daß die Einführung des wärmeschmelzbaren Materials in die Lichtbogenflarnme die ordnungsgemäße Funktion dieser Flamme stören kann. Bei Verwendung von leitenden Metallen als wärmeschmelzbares Metall bewirkt die Einführung dieser Metalle in unterschiedlichen Mengen in die Lichtbogenflamme eine schwankende Leitfähigkeit über den gesamten Lichtbogenweg, so daß sich häufig instabile Lichtbögen ergeben. Eine solche Instabilität kann sich auch durch Einführung nichtleitender Materialien in die Lichtbogenbahn einstellen, da diese nichtleitenden Stoffe auch einen Einfluß auf die Leitfähigkeit der Lichtbogenflamme haben. Weiterhin ist es nicht möglich, die Wärme für die Heizzone zu regulieren. Die Folge ist eine Überhitzung bei vielen Materialien mit einer nachteiligen Auswirkung auf das wärmeschmelzbare Material. Wenn beispielsweise Kohlenstoffstähle zum Spritzen verwendet werden, sind die gebildeten Überzüge gewöhnlich hart und spröde und enthalten überoxydierte Metallteilchen. Man hat schon versucht, diesen Mangel durch Verwendung von Inertgasen als Gebläsegas zu beheben. Jedoch sind die Kosten der Verwendung dieser Gase und die erforderlichen Mengen übermäßig hoch, da es gewöhnlich notwendig ist, die heißen Teilchen nicht nur in der Heizzone, sondern infolge der übermäßigen Hitze, auf die sie gebracht werden müssen, auch auf ihrem gesamten Weg zur Oberfläche des Werkstückes und sogar die Oberfläche selbst mit Inertgas abzuschirmen.In such a spray device, the supply lines lead for the material to be melted, e.g. B. powder, in the chamber, on one Place between the two electrodes so that the fusible material is immediately comes into contact with the arc to achieve that when the fusible is added Material directly in the arc, the greatest heat transfer to the fusible Material takes place. It turns out, however, that the introduction of the heat fusible Material in the arc flame interferes with the proper functioning of this flame can. When using conductive metals as the heat-fusible metal the introduction of these metals in varying amounts into the arc flame a fluctuating conductivity over the entire arc path, so that often result in unstable arcs. Such instability can also manifest itself through introduction Set non-conductive materials in the arc path, as these are non-conductive Substances also have an influence on the conductivity of the arc flame. Farther it is not possible to regulate the heat for the heating zone. The consequence is one Overheating in many materials with an adverse effect on the heat fusible Material. For example, when carbon steels are used for spraying, are the coatings formed are usually hard and brittle and contain overoxidized metal particles. Attempts have already been made to remedy this deficiency by using inert gases as the blower gas to fix. However, the cost of using these gases is as well as necessary Amounts excessively high as it is usually necessary not to use the hot particles only in the heating zone, but as a result of the excessive heat on which it is brought must be, even on their entire way to the surface of the workpiece and even shield the surface itself with inert gas.

Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Aufwand zu vermeiden und eine Anordnung zu schaffen, bei der durch das Einführen von Pulver oder das Einführen eines anderen schmelzfähigen Materials die Lichtbogencharakteristik nicht beeinträchtigt werden kann. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß Mittel zum Einführen des schmelzbaren Materials unmittelbar in den von dem Lichtbogen freien Plasmastrahl in Strahlrichtung nach der Lichtbogenzone vorgesehen sind. Auf diese Weise wird es möglich, insbesondere hochschmelzbare Materialien in günstiger Weise zu verspritzen, ohne daß eine Störung der Betriebsbedingungen des Lichtbogens dadurch erfolgen kann. Außerdem kann man leicht eine Kontrolle über den Spritzvorgang erhalten und eine mit den bisher bekannten Spritzvorrichtungen dieser Art nicht erreichbare Gleichmäßigkeit des gespritzten Überzuges. Schließlich kann damit auch eine chemische Einwirkung auf das schmelzbare Material in der Heizzone unterbunden werden.The object of the invention is to avoid this effort and a To create an arrangement in which by the introduction of powder or the introduction another fusible material does not affect the arc characteristics can be. This is achieved according to the invention in that means for introducing of the fusible material directly into the plasma jet free from the arc are provided in the beam direction after the arc zone. That way will it is possible, in particular, to inject high-fusible materials in a cost-effective manner, without the operating conditions of the arc being disturbed thereby. In addition, you can easily get a control over the spraying process and a with the previously known spray devices of this type unattainable uniformity of the sprayed coating. Finally, it can also have a chemical effect on the fusible material in the heating zone.

Durch Berührung des schmelzbaren Materials mit dem freien Plasmastrahl, wobei unter freiem Plasmastrahl ein Plasma verstanden wird, das von einem elektrischen Lichtbogen frei ist und keinen unmittelbaren Teil desselben bildet, also nicht am Lichtbogen zwischen den Elektroden beteiligt ist, wird das schmelzbare Material ausschließlich thermisch in den zum Spritzen geeigneten Zustand gebracht, wodurch wenigstens eine teilweise Umwandlung des Plasmas in einen niedrigeren Energiezustand während der Berührung stattfindet. Während der Umwandlung des mit dem wärmeschmelzbaren Material in Berührung befindlichen Plasmas in den niedrigeren Energiezustand wird die durchschnittliche regellose Molekülbewegung und somit die Temperatur des wärmeschmelzbaren Materials unmittelbar erhöht, wobei wenigstens ein Teil dieses Energieüberganges ohne entsprechende Temperatursenkung des Plasmas stattfindet. Ferner wird durch das Inberührungbringen des Plasmas mit dem wärmeschmelzenden Material ein Entzug einiger Elektronen aus den Atomen des wärmeschmelzenden Materials bewirkt, dem ein Elektroneneinfang unter Freiwerden von Wärmeenergie in situ folgt. Darüber hinaus überträgt natürlich das Plasma einen Teil seiner fühlbaren Wärme auf das wärmeschmelzbare Material. Als Gesamtergebnis wird das wärmeschmelzbrae Material sehr schnell mit einem Minimum an schädlichen Effekten in eine spritzbare, zumindest durch Wärme erweichte Form übergeführt.By touching the fusible material with the free plasma jet, being under a free plasma jet a plasma is understood that is free from and not an immediate part of an electric arc forms, i.e. does not participate in the arc between the electrodes, it will meltable material exclusively thermally in the state suitable for spraying brought, whereby at least a partial conversion of the plasma to a lower one Energy state takes place during the touch. During the conversion of the with the plasmas in contact with the heat fusible material in the lower ones The energy state becomes the average random molecular movement and thus the Temperature of the heat-fusible material increased immediately, with at least part of this energy transfer without a corresponding decrease in the temperature of the plasma takes place. Furthermore, by bringing the plasma into contact with the heat-melting Material a withdrawal of some electrons from the atoms of the heat-melting material which is followed by electron capture with the release of thermal energy in situ. In addition, the plasma naturally transmits part of its sensible heat on the heat fusible material. The overall result will be the hot melt brew Material very quickly with a minimum of harmful effects in a sprayable, at least transformed into a form softened by heat.

Der freie Plasmastrom kann eine genügend hohe Geschwindigkeit haben, um das Spritzen ohne Hilfe eines Gebläsegases zu bewirken, so daß er das wärmeschmelzbare Material mit der Spritzgeschwindigkeit von der Pistole schleudert, d. h. mit genügender Geschwindigkeit, um die zumindest durch Wärme erweichten Teilchen zu der zu überziehenden Fläche zur Ausbildung des Spritzüberzuges zu befördern. In vielen Fällen wird das wärmeschmelzbare Material nur teilweise durch den Plasmastrom befördert, und die zusätzliche Energie, die erforderlich ist, um die Teilchen auf Spritzgeschwindigkeit zu beschleunigen, wird durch einen Gebläsegasstrom geliefert. Eine solche Ausführungsform ist besonders beim Spritzen von wärmeschmelzbarem Material in Draht- oder Stabform erwünscht, wo höhere Gasgeschwindigkeiten erforderlich sind, um zur Zerlegung des auf Spritztemperatur gebrachten Drahts oder Stabs in feinste Teilchen beizutragen.The free plasma flow can have a sufficiently high speed to cause the spraying without the aid of a blower gas so that it is the heat fusible Throws material off the gun at spray speed, d. H. with enough Speed in order to bring the at least heat-softened particles to the one to be coated To convey area for the formation of the spray coating. In many cases it will heat-fusible material is only partially conveyed by the plasma stream, and the additional energy that is required to keep the particles up to speed Accelerating is supplied by a blower gas stream. Such an embodiment is especially useful when spraying heat-fusible material in wire or rod form desirable where higher gas velocities are required to decompose the To contribute wire or rod brought to the injection temperature into the finest particles.

Bei der Spritzvorrichtung kann auch eine vor der ringförmigen Elektrode angeordnete und mit dieser in Verbindung stehende Kammer und eine aus der zweiten Kammer führende Austrittsöffnung angeordnet werden, wobei der Draht in die Zweitkammer eingeführt wird und durch die öffnung nach außen tritt.The spray device can also have one in front of the ring-shaped electrode arranged and communicating with this chamber and one of the second Chamber leading outlet opening can be arranged, with the wire in the second chamber is inserted and exits through the opening.

Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Beispiele nachstehend erläutert: F i g. 1 ist ein senkrechter Schnitt durch eine Ausführungsform einer Spritzpistole für wärmeschmelzbares Material gemäß der Erfindung; F i g. 2 ist ein senkrechter Schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Spritzpistole für wärmeschmelzbares Material in Pulverform gemäß der Erfindung; F i g. 3 ist ein senkrechter Schnitt durch eine Vorrichtung zum Spritzen von wärmeschmelzbarem Material in Draht- oder Stabform gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. In F i g. 1 ist 1 eine nicht abbrennende Elektrode für einen elektrischen Lichtbogen, die mit Außengewinde versehen ist, um ihre Stellung im Gehäuse 2 verändern zu können. Das Gehäuse 2 bildet die ab-5 geschlossene Zone 3, die in einen zur Außenluft führenden Düsenkanal 4 ausläuft. Eine zylindrische Ringbüchse 5 ist in den Eingang des Düsenkanals 4 des Gehäuses 2 gepreßt und bildet die Gegenelektrode für einen Lichtbogen. Ein Kanal 6 ist vorgesehen, um ein Gas unter Druck in den geschlossenen Raum 3 einzuführen.The invention is illustrated by the examples shown in the drawing explained below: F i g. Figure 1 is a vertical section through an embodiment a heat fusible material spray gun according to the invention; F i g. 2 Figure 3 is a vertical section through another embodiment of a spray gun for heat-fusible material in powder form according to the invention; F i g. 3 is a vertical section through a device for spraying heat-fusible material in wire or rod form according to a further embodiment of the invention. In F i g. 1, 1 is a non-burning electrode for an electric arc, which is provided with an external thread in order to be able to change its position in the housing 2. The housing 2 forms the closed zone 3, which leads into one to the outside air Nozzle channel 4 runs out. A cylindrical ring sleeve 5 is in the entrance of the nozzle channel 4 of the housing 2 and forms the counter electrode for an arc. A Channel 6 is provided in order to introduce a gas under pressure into the closed space 3.

Ein Pulveraufgabebehälter 7 ist an der Befestigungsplatte 8 angebracht, die ihrerseits durch Gewinde 9 mit dem Gehäuse 2 verschraubt ist. Die Befestigungsplatte 8 ist mit Kanälen 10 und 11 versehen. Die Mündung von Kanal 11 steht mit dem Kanal 12 im Gehäuse 2 in Verbindung. Das Verbindungsstück 13 dient als Befestigungsschraube zum Anbringen des Aufgabebehälters 7 an der Befestigungsplatte 8 und ist mit einem kleinen zentralen Loch 14 versehen, das mit einem größeren zentralen Loch 15 in Verbindung steht.A powder feed container 7 is attached to the mounting plate 8, which in turn is screwed to the housing 2 by thread 9. The mounting plate 8 is provided with channels 10 and 11. The mouth of channel 11 is with the channel 12 in the housing 2 in connection. The connecting piece 13 serves as a fastening screw for attaching the hopper 7 to the mounting plate 8 and is with a small central hole 14 which is matched with a larger central hole 15 in Connection.

Im Betrieb werden die Elektroden 1 und 5 an eine (nicht dargestellte) Quelle für einen Strom hoher Stärke und verhältnismäßig niedriger Spannung angeschlossen, so daß ein Lichtbogen zwischen Elektrode 1 und 5 gezogen wird. Dies kann geschehen, indem die Elektrode so weit eingeschraubt wird, daß sie die Elektrode 5 berührt, worauf sie wieder zurückgeschraubt wird. Gegebenenfalls kann der Lichtbogen auch gezogen werden, indem ein Hochfrequenzstrom hoher Spannung an die Elektroden 1 und 5 gelegt wird, so daß ein Funken zwischen den Elektroden überspringt und der Lichtbogen gezündet wird. Ein Gas wird von einer (nicht dargestellten) Quelle durch den Kanal 6 in den geschlossenen Raum 3 eingeführt. Hier strömt es durch den Lichtbogen zwischen den Elektroden 1 und 5 und durch den Düsenkanal 4 in Form eines freien Plasmastromes nach außen.In operation, the electrodes 1 and 5 are connected to a (not shown) A source of high strength and relatively low voltage connected to it, so that an arc is drawn between electrodes 1 and 5. This can be done by screwing the electrode in so far that it touches the electrode 5, whereupon it is screwed back again. If necessary, the arc can also are drawn by applying a high-frequency, high-voltage current to the electrodes 1 and 5 is placed so that a spark jumps between the electrodes and the arc is ignited. A gas is from a source (not shown) through the channel 6 introduced into the closed space 3. Here it flows through the arc between the electrodes 1 and 5 and through the nozzle channel 4 in the form of a free plasma flow outward.

Pulverförmiges, wärmeschmelzbares Material wird in den Aufgabebehälter 7 eingeführt. Von hier fließt es in einem kleinen Strom durch die öffnungen 14 und 15 in den Kanal 10. Ein Gas, nachstehend als Trägergas bezeichnet, wird am Eingang zum Kanal 10 von einer (nicht dargestellten) Quelle eingeführt. Das wärmeschmelzbare Pulver, das aus der öffnung 15 in den Kanal 10 gelangt, wird vom Trägergas aufgenommen und durch den Rest des Kanals 10 und durch die Kanäle 11 und 12 in den Plasmastrom im Düsenkanal 4 befördert. Das wärmeschmelzbare Material wird durch den Plasmastrom erhitzt, tritt aus dem Düsenkanal 4 aus und wird zusammen mit dem Plasmastrom und dem Trägergas auf die Oberfläche des zu überziehenden Werkstücks geschleudert.Powdery, heat-fusible material is introduced into the feed container 7. From here it flows in a small stream through the openings 14 and 15 into the channel 10. A gas, hereinafter referred to as carrier gas, is introduced at the entrance to the channel 10 from a source (not shown). The heat-fusible powder that passes from the opening 15 into the channel 10 is absorbed by the carrier gas and conveyed through the rest of the channel 10 and through the channels 11 and 12 into the plasma flow in the nozzle channel 4. The heat-fusible material is heated by the plasma flow, emerges from the nozzle channel 4 and, together with the plasma flow and the carrier gas, is thrown onto the surface of the workpiece to be coated.

Um Überhitzung der Elektroden und des Gehäuses zu verhindern, kann eine Wasserkühlung, z. B. ein das Gehäuse 2 umgebender Wassermantel, vorgesehen werden. Gegebenenfalls kann ein Vibrator entweder am Gehäuse 2 oder am Aufgabebehälter 7 angebracht werden, um die Zuführung des Pulvers 16 zu verbessern.To prevent overheating of the electrodes and the housing, you can a water cooling, e.g. B. a water jacket surrounding the housing 2 is provided will. If necessary, a vibrator can either be on the housing 2 or on the feed container 7 can be attached in order to improve the supply of the powder 16.

Eine andere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist in F i g. 2 dargestellt, die eine Spritzpistole für wärmeschmelzbares Material in Pulverform zeigt. In dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 101 mit Wasserkühlung versehen, bestehend aus dem Eintrittsanschluß 102, der Wasserleitung 103, dem Anschlußstück 104, dem Wasserrohr 105 und dem Anschlußstück 106. Am Gehäuse 101 ist eine elektrisch isolierende Gewindemuffe 107 befestigt, an der der Düsenkörper 108 angebracht ist. In der elektrisch isolierenden Muffe 107 befindet sich eine zylindrische wärme- u. elektrisch isolierende Muffe 109 aus feuerfestem Material, z. B. aus Aluminiumoxyd.Another embodiment of the device according to the invention is in Fig. 2 showing a heat fusible material spray gun in FIG Shows powder form. In this embodiment, the housing 101 is water-cooled provided, consisting of the inlet connection 102, the water pipe 103, the connector 104, the water pipe 105 and the connector 106. On the housing 101 an electrically insulating threaded sleeve 107 is attached to which the nozzle body 108 is attached. In the electrically insulating sleeve 107 there is one cylindrical heat and electrically insulating sleeve 109 made of refractory material, z. B. from aluminum oxide.

Der Düsenkörper 108 ist mit dem zylindrischen und geflanschten Düseneinsatz 110 ausgekleidet, der zum Teil 108 einen Zwischenraum frei läßt, um den Wasserraum 111 zu bilden. Der Flansch und das Ende des zylindrischen Teils des Düseneinsatzes legen sich dicht gegen den Düsenkörper 108, so daß kein Wasser aus dem Raum 111 durchtreten kann. Der Düsenkörper 108 ist mit der Bohrung 112 versehen, die das Anschlußstück 106 mit dem Wasserraum 111 verbindet.The nozzle body 108 is with the cylindrical and flanged nozzle insert 110 lined, which partially 108 leaves a gap free around the water space 111 to form. The flange and the end of the cylindrical part of the nozzle insert lie tightly against the nozzle body 108 so that no water from the space 111 can pass through. The nozzle body 108 is provided with the bore 112, the Connection piece 106 connects to the water space 111.

Während des Betriebs wird Wasser von einer nicht dargestellten Quelle durch das Anschlußstück 102 in die Leitung 103 eingeführt. Von hier fließt es durch Anschlußstück 104, Rohr 105, Anschlußstück 106 und Bohrung 112 in den Raum 111. Zum Austritt des Wassers aus dem System ist im Raum 111 eine Austrittsöffnung angebracht (nicht dargestellt).During operation, water is drawn from a source not shown introduced through the connector 102 into the line 103. From here it flows through Connection piece 104, pipe 105, connection piece 106 and bore 112 in the space 111. An outlet opening is provided in space 111 for the water to exit the system (not shown).

Der Körper 101 ist mit dem Verbindungsstück 113, dem Rohr 114 und dem mit der Bohrung 116 versehenen Aufsatzstück 115 für den Pulveraufgabebehälter versehen. Der Pulverbehälter 117 ist an der Gewindebohrung 118 mit dem Aufsatzstück 115 verschraubt. Das Aufsatzstück 115 ist mit der Verlängerungsleitung 119 für das Pulver versehen. Am Körper 101 befindet sich ferner das Anschlußstück 120, das mit Leitung 121 in Verbindung steht. Letztere steht wiederum mit der verengten Dosierleitung 122 in Verbindung.The body 101 is connected to the connector 113, the tube 114 and the attachment piece 115 provided with the bore 116 for the powder feed container Mistake. The powder container 117 is on the threaded hole 118 with the top piece 115 screwed. The attachment piece 115 is with the extension line 119 for the Powder. On the body 101 there is also the connector 120, which is with Line 121 is in communication. The latter in turn stands with the narrowed metering line 122 in connection.

Eine Kammer 123 wird durch den Körper 101, die Muffe 109, den Düsenkörper 108 und den Düseneinsatz 110 gebildet. Die Elektrode 124 ist in den Körper 101 eingesetzt und erstreckt sich fast durch die Kammer 123. Sie läuft neben dem Eingang zum Düseneinsatz 110 in eine konische Spitze aus.A chamber 123 is defined by the body 101, the sleeve 109, the nozzle body 108 and the nozzle insert 110 are formed. The electrode 124 is inserted into the body 101 and extends almost through chamber 123. It runs next to the entrance to the nozzle insert 110 into a conical tip.

Die Rohre 105 und 114 bestehen aus elektrisch isolierendem Material. Der Düsenkörper 108 ist mit einem elektrischen Leiter (nicht dargestellt) an eine Stromquelle angeschlossen. Der andere (nicht dargestellte) Leiter der Stromquelle ist mit dem Körper 101 verbunden.The tubes 105 and 114 are made of electrically insulating material. The nozzle body 108 is connected to an electrical conductor (not shown) Power source connected. The other (not shown) conductor of the power source is connected to the body 101.

Im Betrieb wird der Strom so weit erhöht, daß ein Lichtbogen zwischen Elektrode 124 und Düseneinsatz 110 gezündet wird. Dies geschieht vorzugsweise durch Überlagerung eines hochfrequenten Stroms hoher Spannung auf die Leiter eines Stroms verhältnismäßig niedriger Spannung und hoher Stärke. Die Hochfrequenzspannung kann nach der Zündung gegebenenfalls abgeschaltet werden. Gegebenenfalls können auch, wie bereits in Verbindung mit F i g. 1 besprochen, mechanische Vorkehrungen getroffen werden, um die Elektrode 124 mit dem Düseneinsatz zum Zünden des Lichtbogens in Berührung zu bringen, worauf die Elektrode 124 wieder vom Einsatz 110 getrennt wird.In operation, the current is increased so that an arc between Electrode 124 and nozzle insert 110 is ignited. This is preferably done through Superposition of a high-frequency, high-voltage current on the conductors of a current relatively low tension and high strength. The high frequency voltage can may be switched off after ignition. If necessary, as already in connection with FIG. 1 discussed, mechanical precautions taken be to the electrode 124 with the nozzle insert for igniting the arc in To bring contact, whereupon the electrode 124 is separated from the insert 110 again.

Das gewünschte Gas, aus dem das Plasma erzeugt werden soll, wird durch das Anschlußstück 120 in die Leitung 121 eingeführt. Von hier strömt ein Teil des Gases durch die Dosierleitung 122 in den abgeschlossenen Raum 123, wo es um die Elektrode 124 fließt und als Kühlmittel für diese wirkt. Es strömt dann um die Spitze der Elektrode 124 und durch den Düseneinsatz 110. Während es durch den Lichtbogen strömt, wird wenigstens ein Teil des Gases in Plasma umgewandelt.The desired gas from which the plasma is to be generated is through the connector 120 is inserted into the line 121. Part of the flows from here Gas through the metering line 122 into the closed space 123, where it is the Electrode 124 flows and acts as a coolant for it. It then flows around the top the electrode 124 and through the nozzle insert 110. While it is through the arc flows, at least part of the gas is converted into plasma.

Das Gas wirkt sich auf den Lichtbogen so aus, daß es zunächst den angrenzenden Bereich des ionisierten Stroms, der den Lichtbogen bildet, kühlt. Dies hat zur Folge, daß der Lichtbogen zu einem dünneren Faden verengt wird, wodurch wiederum der auf diese Weise eingeschnürte Lichtbogen von den Wänden des Düseneinsatzes 110 weiter entfernt wird. Dieser Effekt verstärkt sich infolge des durch die Einführung des verhältnismäßig kalten Gases bedingten Kühleffektes und verringert sich in dem Maße, in dem das Gas durch den Lichtbogen aufgeheizt wird. Die Folge dieser Wirkung ist, daß bei schwachem Gasstrom die Lichtbogenbahn nur eine kurze Strecke jenseits der Spitze der Elektrode 124 verengt wird, sich danach ausbreitet und mit der zylindrischen Innenfläche des Düseneinsatzes 110, der die andere Elektrode des Lichtbogens bildet, verbindet. Wird jedoch der Gasstrom verstärkt, wird die Länge des eingeschnürten Teils des Lichtbogens vergrößert. Die Folge ist, daß es bei dieser Konstruktion leicht ist, den Gasstrom so zu verstärken und einzustellen, daß der Lichtbogen sich zentral über die ganze Länge des inneren zylindrischen Teils des Düseneinsatzes 110 erstreckt, aus diesem am äußeren Ende austritt und sich erst dann ausbreitet und den Düseneinsatz 110 am äußersten Ende des zylindrischen Teils oder gegebenenfalls sogar erst am äußeren Flanschteil neben der zentralen Bohrung des Düseneinsatzes 110 berührt. Die Lichtbogenbahn, die ganz durch die Mitte des Düseneinsatzes 110 verläuft und diesen Einsatz am äußeren Flanschbereich berührt, ist in der Abbildung bei 125 angedeutet.The gas affects the arc in such a way that it starts with the adjacent area of the ionized current that forms the arc cools. this has the consequence that the arc is narrowed to a thinner thread, whereby again the arc constricted in this way from the walls of the nozzle insert 110 is further removed. This effect increases as a result of the introduction the cooling effect caused by the relatively cold gas and is reduced in that The extent to which the gas is heated up by the arc. The consequence of this effect is that with a weak gas flow the arc path is only a short distance beyond the tip of the electrode 124 is narrowed, then spreads and with the cylindrical Inner surface of the nozzle insert 110, which forms the other electrode of the arc, connects. However, if the gas flow is increased, the length of the constricted Part of the arc enlarged. The consequence is that it is with this construction is easy to increase and adjust the gas flow so that the arc is centrally over the entire length of the inner cylindrical part of the nozzle insert 110 extends, exits from this at the outer end and only then spreads and the nozzle insert 110 at the extreme end of the cylindrical part or optionally even only on the outer flange part next to the central bore of the nozzle insert 110 touched. The arc path that goes all the way through the center of the nozzle insert 110 and touches this insert on the outer flange area is shown in the illustration indicated at 125.

Die Lichtbogenbahn wird ferner durch die Wirkung des magnetischen Feldes, das durch den Fluß des elektrischen Stromes in der Lichtbogenbahn erzeugt wird, kontrahiert oder »eingeschnürt«. Die Einstellung des Stromflusses sowie die Einstellung des Plasmagasstroms kann dazu dienen, die gewünschte Gestalt der Lichtbogensäule hervorzubringen.The arc path is further controlled by the action of the magnetic Field created by the flow of electric current in the arc path is contracted or "constricted". The setting of the current flow as well as the Adjustment of the plasma gas flow can be used to create the desired shape of the arc pillar bring forth.

Für normalen Betrieb wird die in F i g. 2 dargestellte Vorrichtung in einer solchen Lage montiert, daß die Elektrode 124 waagerecht und die Achse des Pulverbehälters 117 senkrecht verläuft. Das zum Spritzen gewünschte pulverförmige Material wird in den Aufgabebehälter 117 eingeführt. Von dort fließt es durch den Boden des Behälters in die Öffnung 118 und durch das Verlängerungsrohr 119. Eine geringe Menge des durch den Kanal 121 strömenden Gases wird bei dieser alternativen Ausführungsform durch das Verbindungsstück 113, Rohr 114 und Aufsatzstück 116 in den Raum 118 abgeleitet. Von hier strömt es durch das Verlängerungsrohr 119 und wirkt als Trägergas für das Pulver.For normal operation, the one shown in FIG. 2 shown device mounted in such a position that the electrode 124 is horizontal and the axis of the Powder container 117 extends vertically. The powdery desired for spraying Material is fed into feed hopper 117. From there it flows through the Bottom of the container into opening 118 and through extension tube 119. One small amount of the gas flowing through the channel 121 is used in this alternative Embodiment through the connection piece 113, tube 114 and top piece 116 in the room 118 derived. From here it flows through the extension tube 119 and acts as a carrier gas for the powder.

Wenigstens ein Teil des durch den Düseneinsatz 110 austretenden Gases wird durch Berührung mit der Lichtbogenbahn in Plasma umgewandelt. Dieses Plasma tritt mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit als freier Plasmastrom aus dem Düseneinsatz 110 aus. Das aus dem Verlängerungsrohr 119 austretende Pulver tritt in den Plasmastrom,- wird dadurch erhitzt und auf die zu überziehende Fläche hin befördert.At least some of the gas exiting through the nozzle insert 110 is converted into plasma by contact with the arc path. This plasma emerges from the nozzle insert as a free plasma stream at a relatively high speed 110 off. The powder emerging from the extension tube 119 enters the plasma stream, is thereby heated and conveyed to the surface to be coated.

Eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird nun in Verbindung mit F i g. 3 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform ist der Körper 301 durch ein Gewinde mit der Konushülse 302 verschraubt, die dazu dient, die nicht abbrennende Elektrode 303 in die richtige Lage zu bringen und festzuhalten. Auf das Außenende der Schraubhülse 302 ist mit einem Gewinde der Elektrodenschutzdecke1304 aus Kunststoff geschraubt. Der Ansatzarm 305 ist fest mit dem Körper 301 verbunden und mit dem Eintrittsanschluß 306 für Wasser und Strom versehen. Der Kanal 307 erstreckt sich durch den Querarm 305 und geht in den Kanal 308 über. Eine Manschette 309 aus Isoliermaterial ist um das untere Ende des Körpers 301 gelegt und daran befestigt. Außen ist die Manschette 309 mit einer dünnen Metallmuffe 310 umgeben, mit der eine zusätzliche äußere Muffe 311 beispielsweise durch Löten fest verbunden ist. Die Muffe 311 ist im Abstand zur Muffe 310 angeordnet, so daß ein Wasserraum 312 zwischen ihnen gebildet wird. Der Ansatzschaft 313 ist mit der Außenmuffe 311 verbunden und an seinem Ende mit dem Verbindungsstück 314 für den Wasser- und Strornanschluß versehen. Der Durchgang 325 durch den Schaft 313 steht mit dem Wassermantel 312 in Verbindung.Another embodiment of the device according to the invention will now be described in connection with FIG. 3 described. In this embodiment, the body 301 is screwed to the conical sleeve 302 by a thread, which serves to bring the non-burning electrode 303 into the correct position and to hold it in place. The electrode protective cover 1304 made of plastic is screwed onto the outer end of the screw sleeve 302 with a thread. The extension arm 305 is firmly connected to the body 301 and is provided with the inlet connection 306 for water and electricity. The channel 307 extends through the cross arm 305 and merges with the channel 308 . A sleeve 309 made of insulating material is placed around the lower end of the body 301 and attached thereto. On the outside, the cuff 309 is surrounded by a thin metal sleeve 310, to which an additional outer sleeve 311 is firmly connected, for example by soldering. The sleeve 311 is arranged at a distance from the sleeve 310, so that a water space 312 is formed between them. The extension shaft 313 is connected to the outer sleeve 311 and provided at its end with the connection piece 314 for the water and electricity connection. The passage 325 through the shaft 313 communicates with the water jacket 312.

Am Außenende der Muffe 310 befindet sich der Düsenkörper 316, in den der zylindrische geflanschte Düseneinsatz 317 eingepaßt wird. Der Düsenkörper ist mit Aussparungen versehen, die den Wasserraum 318 bilden.At the outer end of the sleeve 310 is the nozzle body 316, in the the cylindrical flanged nozzle insert 317 is fitted. The nozzle body is provided with recesses that form the water space 318.

Die Kanäle 319 und 320 verbinden den Wasserraum 312 mit dem Wasserraum 318. Der Kanal 321 verbindet Kanal 308 mit dem Wasserraum 318.The channels 319 and 320 connect the water space 312 with the water space 318. The channel 321 connects channel 308 with the water space 318.

Mit dem Ende des Düsenkörpers 316 ist der Düsenkörper 322 für die Drahtzuführung fest verbunden und in der Mitte ausgebohrt, um den Plasmaraum 323 zu bilden. Im rechten Winkel zur zentralen Bohrung verläuft die Düsenbohrung 324 im Düsenkörper 322. Ferner befindet sich im Düsenkörper 322 gleichlaufend mit der Bohrung 324 und konzentrisch mit dieser die Bohrung 325, die so bemessen ist, daß sie etwas größer ist als der Außendurchmesser des Drahts 326 aus wärmeschmelzbarem Material.With the end of the nozzle body 316, the nozzle body 322 is for the Wire feed firmly connected and drilled out in the middle to the plasma space 323 to build. The nozzle bore 324 runs at right angles to the central bore in the nozzle body 322. Also located in the nozzle body 322 is parallel to the Bore 324 and concentric with this the bore 325, which is dimensioned so that it is slightly larger than the outer diameter of the heat-fusible wire 326 Material.

Schematisch angedeutet sind die mit dem Draht 326 in Berührung stehenden Drahtzuführungsrollen 327 und 328. Die Anbringung und der Antrieb dieser Rollen erfolgt durch beliebige, in der Technik bekannte Vorrichtungen derart, daß der Draht 326 kontinuierlich durch die Öffnung 325 zugeführt wird.Those in contact with the wire 326 are indicated schematically Wire feed rollers 327 and 328. The attachment and drive of these rollers is carried out by any device known in the art such that the wire 326 is continuously fed through opening 325.

Im Körper 301 befindet sich das Gasrohr 329, das mit dem Anschlußstück 330 für die Gaszuführung und mit der Gasleitung 331 in Verbindung steht. Der Körper 301 ist kürzer als die Länge der Innenbohrung der Muffe 310, so daß der Gasraum 332 gebildet wird.In the body 301 is the gas pipe 329 with the connector 330 for the gas supply and with the gas line 331 is in communication. The body 301 is shorter than the length of the inner bore of the sleeve 310, so that the gas space 332 is formed.

Im Betrieb sind die Anschlußstücke 306 und 314 mit üblichen wassergekühlten Kabeln (nicht dargestellt) verbunden. Durch diese Kabel wird ein Strom hoher Stärke und niedriger Spannung zugeführt. Das Kühlwasser wird so geführt, daß es durch das mit dem Anschlußstück 306 verbundene Kabel eintritt und durch das mit dem Anschlußstück 314 verbundene Kabel austritt.In operation, the connection pieces 306 and 314 are conventional water-cooled Cables (not shown) connected. A current of great strength is passed through these cables and low voltage. The cooling water is guided in such a way that it passes through the with the connector 306 connected cable enters and through that with the connector 314 connected cables exits.

Das Kühlwasser fließt somit von 306 durch die Leitungen 307, 308 und 321 in den Wasserraum 318, durch die Leitungen 320 und 319 in den Wasserraum 312 und von dort durch die Kanäle 315 und das Anschlußstück 314 nach außen. Das Kühlwasser kann auch zur Kühlung des Düsenkörpers 322 dienen, indem geeignete Kühlwege in diesem Körper, vorzugsweise in der Nähe der Bohrung 324, vorgesehen werden.The cooling water thus flows from 306 through lines 307, 308 and 321 into the water space 318, through the lines 320 and 319 into the water space 312 and from there through channels 315 and connector 314 to the outside. The cooling water can also be used to cool the nozzle body 322 by providing suitable cooling paths in it Body, preferably in the vicinity of the bore 324, are provided.

Ein elektrischer Strom wird mit Hilfe der Kabel den Anschlußstücken 306 und 314 so zugeführt, daß der Strom durch den Ansatz 305, den Körper 301 und die Schraubhülse 302 zur Elektrode 303 fließt. Zwischen der Spitze der Elektrode 303 und dem Düseneinsatz 317 wird auf jede gewünschte Weise. z. B. wie in Verbindung mit F i g. 1 und 2 beschrieben, ein Lichtbogen gezündet. Der Strom fließt dann vom Düseneinsatz 317 durch den Düsenkörper 316, die Muffen 310 und 311; den Ansatz 313 und von dort zum Anschlußstück 314 in das Kabel.An electric current is supplied to the connectors 306 and 314 by means of the cables so that the current flows through the extension 305, the body 301 and the screw sleeve 302 to the electrode 303 . Between the tip of the electrode 303 and the nozzle insert 317 is in any desired manner. z. B. as in connection with FIG. 1 and 2 described, an arc ignited. The stream then flows from nozzle insert 317 through nozzle body 316, sleeves 310 and 311; the approach 313 and from there to the connector 314 in the cable.

In allen vorstehenden Beispielen kann Wechselstrom oder Gleichstrom mit jeder Polarität verwendet werden, d. h., die hier angegebene Richtung des Stromflusses ist nur als Beispiel anzusehen. Es erwies sich als am vorteilhaftesten, besonders für Betrieb mit geringstem Elektrodenabbrand, Gleichstrom für den Lichtbogenstrom zu verwenden und die Polarität so zu wählen, daß die Elektrode 303 die Elektronen emittierende Elektrode (Kathode) ist.In all of the above examples, alternating current or direct current can be used be used with either polarity, d. i.e. the direction of the current flow given here is only to be regarded as an example. It turned out to be the most beneficial, especially for operation with minimal electrode consumption, direct current for the arc current to use and to choose the polarity so that the electrode 303 the electrons emitting electrode (cathode).

Das Gas zur Bildung des Plasmas wird von einer (nicht dargestellten) Quelle durch Anschlußstück 330, Leitung 329, Leitung 331 und Raum 332 eingeführt. Von hier strömt es um das Ende der Elektrode 303 und durch den Düseneinsatz 317 in den Raum 323. Hierbei wird eine längliche, eingeengte Lichtbogenbahn gebildet, die sich durch die Mitte des Düseneinsatzes 317 erstreckt, wie in Verbindung mit F i g. 2 beschrieben, und wenigstens ein Teil des Gases in Plasma umgewandelt, das in den Raum 323 austritt.The gas to form the plasma is supplied by a (not shown) Source introduced through fitting 330, line 329, line 331 and space 332. From here it flows around the end of the electrode 303 and through the nozzle insert 317 into room 323. Here, an elongated, narrowed arc path is formed, which extends through the center of the nozzle insert 317, as in connection with FIG F i g. 2, and at least part of the gas is converted into plasma, the exits into room 323.

Ein wärmeschmelzbarer Draht oder Stab 326 zum Spritzen wird mit Hilfe der Zuführungsrollen 327 und 328 durch die Bohrung 325 in den Raum 323 eingeführt und durch die Bohrung 324 der Drahtdüse ausgeführt. Das Plasma im Raum 326 umgibt den Draht 326 und tritt durch die Drahtführungsöffnung 324 rings um den Draht aus, wodurch dieser erhitzt und geschmolzen wird. Je nach der Menge und dem Druck des bei 330 zugeführten plasmabildenden Gases kann die Geschwindigkeit des freien Plasmastroms hoch genug sein, um den Draht oder Stab in feinste Teilchen zu zerlegen und diese mit der Spritzgeschwindigkeit gegen eine zu überziehende Fläche zu schleudern. Es ist jedoch nicht immer wirtschaftlich, lediglich den freien Plasmastrom zum Zerstäuben und Herausschleudern zu verwenden. Im allgemeinen ist es zweckmäßig, ein Gebläsegas zu verwenden, das sich an dieser Aufgabe beteiligt. Wie in F i g. 3 dargestellt, wird ein Gebläseluftaufsatz 333 vor der Bohrung 324 angebracht. Dieser Aufsatz hat einen Ringkanal 334, in den Druckluft durch den Anschluß 335 eingeführt wird. Der Aufsatz ist außerdem mit einer Vielzahl von ringförmig angeordneten Öffnungen oder Ringdüsen 336 versehen, die mit dem Kanal 334 in Verbindung stehen. Die Düsenöffnungen sind in einem Winkel zur Achse der Bohrung 324 nach vorn gerichtet. Die bei 335 eingeführte Luft wird durch die Düsen 336 gedrückt und trifft auf die Drahtspitze und trägt dazu bei, den Draht zu zerstäuben und die Teilchen mit Spritzgeschwindigkeit auf die zu überziehende Fläche zu schleudern. Die Luftstrahlen können auch so gerichtet werden, daß die Luft nicht direkt den Draht berührt, sondern die Aufgabe der Beschleunigung des freien Plasmastroms erfüllt.A heat fusible wire or rod 326 for spraying is provided with the aid of the feed rollers 327 and 328 are inserted through the bore 325 into the space 323 and passed through bore 324 of the wire nozzle. The plasma in room 326 surrounds the wire 326 and exits through the wire guide opening 324 around the wire, whereby it is heated and melted. Depending on the amount and pressure of the at 330 supplied plasma-forming gas, the speed of the free plasma flow be high enough to break the wire or rod into the finest particles and remove them to be thrown at the spraying speed against an area to be coated. It however, it is not always economical, only the free plasma flow for atomization and eject. In general, it is convenient to use a blower gas that participates in this task. As in Fig. 3 shown, a forced air attachment 333 is attached in front of the bore 324. This essay has an annular channel 334 into which compressed air is introduced through port 335. Of the Attachment is also with a plurality of annularly arranged openings or Ring nozzles 336 are provided, which are connected to the channel 334. The nozzle openings are directed forward at an angle to the axis of bore 324. The one at 335 introduced air is forced through the nozzles 336 and hits the wire tip and helps to atomize the wire and the particles at injection speed to be thrown onto the surface to be coated. The air jets can also be directed in this way that the air does not touch the wire directly, but the task of acceleration of the free plasma flow.

Claims

Claims: 1. Spray device for fusible material with a closed chamber and an exit nozzle from this chamber, with two spaced electrodes to form an arc zone in the chamber, one of which preferably forms part of the nozzle, with devices for introducing one Gas into the chamber, which can be converted into a plasma by the arc and ejected from the nozzle, and with a device for introducing fusible material, characterized in that means (12, 119) for introducing the fusible material directly are provided in the plasma jet free of the arc in the direction of the beam after the arc zone (1, 5 or 110, 124) .

2. Spray device after Claim 1, characterized by one after the first chamber (332) in the direction of the jet arranged and communicating with this second chamber (323), one from the outlet opening (324) leading to the second chamber, by means of transport devices (327, 328) for inserting a wire (326) of heat-fusible material into the second chamber and for guiding the wire through. the opening (324) to the outside and through a blower air attachment (333) with ring nozzles (336) in front of the outlet opening (324), the nozzle openings at an angle to the axis of the outlet opening (324) are directed in the direction of the beam. Publications considered: German U.S. Patent No. 942,668; U.S. Patent No. 2,768,279.