DE1546810A1 - Vorrichtung zum Ausstoss von pulverfoermigem Material mittels eines ionisierten Gasstrahles - Google Patents

Vorrichtung zum Ausstoss von pulverfoermigem Material mittels eines ionisierten Gasstrahles

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Description

L'Air Liquide Societe Anonyme pour 1'.exploitation des Procedes Georges Claude, 75,' Quai d'Orsay, Paris (7e)
Vorrichtung zum Ausstoß von pulverförmigem Material mittels eines ionisierten Gasstrahles
Priorität; vom 27. Juli 1Q62 in Frankreich unter der P.V.-Nummer 905 360
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausstoßen von pulverförmigem Material mittels eines ionisierten Gasstrahles, der durch einen verengten elektrischen offenen Licht~ bogen (Plasma) auf eine sehr hohe Temperatur gebracht ist, wobei die ülekfcrode von einem elektrisch neutralen Gasstrahl
Neue Unterlagen (Art. 7 SI Ab«. 2 Nr. l Satz 3 de« Xndwungag«. v. 4.9. J567)
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umströmt ist und die Zufuhrleitung für das Trägergas, in dem das Pulvermaterial in Suspension gebracht iet, in der Nähe und im Winkel von höchstens 45° zu der Elektrode einmündet.
Bei einer bekannten Plasmaspritzpistole wird das Pulver zusammen mit dem das Plasma bildende Gas zu den Elektroden gefördert. Bei dieser Ausführungsform ist von Nachteil, daß die Puder-Gas-Mischung einen zylindrischen Schleier bildet, dessen Achse parallel -zur Achse der Elektrode liegt, wobei dieser Schleier einen Teil der Elektrode, und zwar deren heißesten Teilung gibt. Als Folge davon schlägt sich das pulverförmige Material auf der Elektrode nieder und stört sowohl den Austritt der Puder-Gas-Mischung als auch die Lichtbogenentladung beispielsvreise dadurch, daß der Austritt und der Lichtbogen unsymmetrisch aus der Vorrichtung erfolgen.
"Eine Vorrichtung zum Ausstoßen pulverförmig en Materials mit Hilfe eines ionisierten Gasstrahles ist beschrieben, bei der das Pulver vor den Elektroden durch eine schräg angebrachte Leitung zugeführt wird. Die Achse der Pulverzuführleitung trifft auf die Elektrode auf, und der aus dem Rohr austretende Pulverstrahl berührt die Elektrode und folgt ihr auf einer verhältnismäßig großen Länge, so daß zwangsläufig Pulverablagerungen auf der Elektrode eintreten, wodurch diese bekannte Ausführungsform mit den gleichen eingangs erwähnten Mangeln behaftet ist.
Win bekannter Plasmabrenner besteht aus zwei zylindrischen Körpern, die an ihren Stirnflächen miteinander verschraubt und ;;(>gene inander isoliert sind. Jeder dex- Körper weist eine ring-
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förmige KUhlmitte!kammer auf, die miteinander verbunden sind und von einem Kühlmittel durchströmt werden. Konzentrisch zur Mittellinie der zylindrischen Körper ist in einer Ausnehmung einen Elektrode angeordnet, die axivil innerhalb der Ausnehmung verschiebbar ist. An dem der Isolierschicht: gegenüberliegenden freien Ende des einen Körpers ist eine Düse angeordnet-, durch die ein Teil des durch einen Gasstrahl verdrängten Lichtbogens austritt. Die Leitung für ein in einem Gasstrom suspendiertes Pulver mündet schräg stromauf in die Düse und zwar an ihrer engsten Stelle, dem sogenannten Hals, ein. Dieses spätere Einmünden hat eine weniger gute Vermischung des Puders mit dem Plasmastrom und eine geringe Erhitzung des Pulvers zur Folge. Dadurch wird die Wirksamkeit des Brenners, wenn er zum Auftragen von feuerfestem Material verwendet wird, erheblich vermindert.
anderen bekannt gewordenen Plasmabrenner sind die Zuführungskanäle für das zu ionisierende Gas und das Trägergas mit darin suspendierte* Metallpulver konzentrisch zur Elektrode angeordnet, wobei der das Metallpulver suspendiert haltende Trägergasstrom stromauf vom Düsenhals und zwar außerhalb dieses auf den Plasmastrahl trifft. Der Brenner erzeugt in der zentralen Plasmasäule eine große Hitze, während die umhüllende Schicht der Plasmasäule bestehend aus Trägergas mit in Suspension gehaltenem Pulver einen wesentlich geringeren Warmeinhalt aufweist, da sie nur wenig Berührung mit dem Lichtbogen hat. Dadurch wird in ähnlicher Weise wie vorangehend beschrieben, die Wirksamkeit des Brenners in erheblichem Maße herabgesetzt.
Eine weitere bekanntgewordene Vorrichtung weist eine rohrför-
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mige Düse ohne Einschnürungen d. h. <Mt Hals auf. Zentrisch zur Düsenbofarung ist eine Elektrode angeordnet, und das zu ionisierende Gas strömt länge der Elektrode durch den Düseneintritt in die Düse ein. Nahe dem Austrittsende der Düse und entlang der Mantelfläche dieser sind Ausnehmungen vorgesehen, in die einzelne Kanäle einmünden, die über einen gemeinsamen Ringkanal miteinander in Verbindung stehen. In diesen Ringkanal strömt Metallpulver in Suspension haltendes Trägergas ein, das über die einzelnen Kanäle den Ausnehmungen auf dem Umfang der Düse und so dem Plasmastrahl zuströmt. Zwecke Verminderung der den Plasmabrennern eigenen Gerauschentwicklung wird bei dieser bekannten Ausführungsforra ein ganz besonders Strömungsbild erzeugt, wobei jedoch dieses Strömungsbild eine Vermischung der konzentrisch fließenden Schichten mehr oder minder ausschließt. Weiterhin erfolgt die Einmündung des Trägergases und damit des Pulvers in einem solchen Abstand von der Spitze der Kathode, daß ein erheblicher Teil der durch den Lichtbogen dort erzeugten Hitze für die Erwärmung des Pulvers ungenutzt bleibt.
Allen vorangehend erwähnten Ausführungsformeη von Plasmabrennern haftet gemeinsam der Mangel an, daß die Elektrode senkrecht zur Ausstoßdüse verljäuft und daß das im Plasma zu verwandelnde Gas in der gleichen Richtung zugeführt wird, wodurch Gaszuleitungen, elektrode und Ausstoßdüse in einem langgezogenen Gehäuse untergebracht werden müssen. Die somit entstehenden Abmessungen der Brennergehäuse schliessen die bekannten Plasmabrenner von einer Reihe von Anwendungsmüglichlceiten, wie beispielsweise der Beschichtung von Innenflächen
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an hohlen Werkstücken aus.
Ausgehend von diesem Stand der Technik hat sich die Erfindung zur Vermeidung der vorangehend erwähnten Nachteile die Aufgabe gestellt, einen Plasmabrenner zu schaffen, der so ausgebildet ist, daß keine Pulverablagerungen an der Elektrode auftreten können tind bei dem die gesamte vom Lichfcbog-en erzeugte Wärme "zur Erwärmung des in Suspension gehaltenen Metallpulvers bei gleichzeitiger guter Vermischung des Trägergasstromes mit dem Plasmastrahl ausgenutzt wird. Auch soll die Baugröße des Brenners herabgesetzt werden.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Plasmabrenner dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Achse der Ausstoßdüse zu der Achse der Elektrode geneigt ist.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstoßdüse durch e i.nen drehbaren, auf dem Ende des Rohrkörpers gelagerten Kopf gebildet wird., der längs der Elektrode'kchse der Vorrichtung und drehbar auf dem Oberkörper um eine gegenüber der Elektrodenachse geneigten Achse befestigt ist und der Pulverzufuhrkanal in die Ausstoßdüse senkrecht zu dieser Drehachse ausgearbeitet ist und in die Eintrittsöffnung der Ausstoßdüse in der Nähe.der Elektrodenspitze, aber ein wenig stromab von dieser Spitze ausmündet, so daß die Achse dieses Pulverziifuhrkanales nicht auf die Elektrode trifft. Durch den Plasmabrenner gemäß der Erfindung sind die eingiings erwähnten Mängel behoben. Die Zufuhr leitung für das pulverförmige Material ist so angeordnet, daß kein Niederschlag des Pulvers auf der Elektrode erfolgen kann. Da-
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durch wird der Austritt der Puder-Gas-Mischung und die Lichtbogenentladung nicht gestört, so daß ein symmetrischer Austritt des Pulvers und des Lichtbogens erfolgt, wodurch eine verbesserte Handhabung des Gerätes sichergestellt ist. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Plasma-Brenners steht das Pulver mit der Gassäule des Bogens länger und inniger in Kontakt, so daß sich das Pulver in regelmäßiger Weise in dieser Säule verteilt, wodurch die bisher notwendigen heiklen.schwierigen Regelungen für eine homogene Verteilung des Pulvers in dem Gasstrahl vermieden sind. Auf Grund der verlängerten Berührung des Pulvers mit dem Gasstrahl erfolgt die Erschmelzung mit einem besseren Wirkungsgrad, denn sie wird durch eine schwächere elektrische Leistung erhalten. Die Erhitzung des Pulvers ist so intensiv, daß beispielsweise sehr hitze—beständige Metallpulver, wie Wolfram, in bedeutenden Mengen im Vergleich zur Intensität des Bogens erschmolzen werden können. Somit ist die Wirksamkeit des Plasmabrenners gemäß der Erfindung gegenüber den bekannten Ausführungsformen erheblich gesteigert. Ein weiterer Vorteil, der sich aus der konstruktiven Ausbildung des erfindungsgemäßen Plasmabrenners ergibt, wird darin gesehen, daß durch ihn die Anwendungsmöglichkeiten für Plasmabrenner vermehrt werden. VtiHraehr können auf Grund
Abmessungenäer
der geringen/Bauform und der bewegbaren Ausstoßdüse Innenflächen an hohlen Werkstücken bis auf große Tiefen; gesehen von der jeweiligen Stirnfläche des Werkstückes beschichtet werden. Diese Anwendungsmöglichkeit stellt «ine wertvoll· Bereicherung des einschlägigen Gebietes der Technik dar.
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Nachstehend werden mehrere Ausführungeformen einer Vorrichtung nach der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben.
FIg, 1 iet ein Axialschnitt durch eine erste Ausführungsform der Erfindung in Anwendung auf einen Plasmabrenner*
Fig. 2 ist eine perspektivische, teilweise fa;,s©hnittene Ansicht einer zweiten Ausfuhrungsform mit Querdüse*
Fig. 3 ist ein Axialschnitt durch eine dritte Ausführungsform, die eine ausrichtbare Düse aufweist.
Bei dem Beispiel der Fig* 1, die einen Plasmabrenner mit einer Einrichtung zum Ausstoß von Material in pulverförmigem Zustand aufweist, ist die Leitung für die Pulvereinftihrung in den Plasmastrahl derart angeordnet, daß ihre Verlängerung weder auf die Wände der Düse noch auf die Kathode trifft, um so Ablagerungen von Pulvermaterial im Schmelzzustand auf diesem Bauteil zu vermelden. Bei diesem Beispiel besitzt die Vorrichtung einen Körper 1, der mit einem Kühlwaeeerumlauf 2, 3 ausgerüstet ist und in dessen Achse eine Bohrung h für die Kathode 5 vorgesehen ist, in die auch das Gas eingeblasen wird, das durch den von der Kathode 5 auegestoßenen Lichtbogen ionisiert und auf hohe Temperatur gebracht werden soll.
/ oftC
/ Dio Bohrung H mündet in Austrittsfläche 6 aus, die zu der Achse der Kathode 5 und der Bohrung h geneigt ist. In dieser Ebene mündet auch die Zufuhrleitung 7 für das Pulvermaterial aus, die schräg zur Achse der Kathode k und unter einem verhältnismäßig kleinen spitzen Winkel angeordnet ist, so daß die Verlängerung dieser Leitung nicht auf die in den Kegel 8 der Strahlaustrittedüse ragende Kathodenspitze trifft. Der
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Düsenkörper 91 der mit einem Kühlmittelkreislauf 10, 11 ausgerüstet ist, ist mit geeigneten bekannten Mitteln gegen die Austrittsfläche 6 festgelegt. Die Stellung der Kathode 5 wird derart geregelt, daß sich ihre Spitze auf der Achse des Kegels 8 befindet, dessen untere Erzeugende in der Verlängerung der unteren Erzeugenden der Bohrung k liegt, während seine Achse nahezu parallel zur Winkelhalbierenden des von der Bohrung k und der Leitung 7 gebildeten ¥inkels und schwach unterhalb dieser 1.inkelhalbierenden liegt derart, daß das von der Leitung 7 ausgestoßene Pulvermaterial nicht mit der Wandung des zylindrischen Teiles 12 der sich an den Kegel 8 anschliessenden Düse in Berührung kommt.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform besitzt das Gerät eine seitliche Ausstoßdüse, d. h. diese ist rechtwinklig v.MT Längsachse des Gerätes vorgesehen; diese Anordnung ist besonders brauchbar in dem Fall, wo das ausgestoßene Pulvermaterial eine Auskleidung der Innenwand einer Bohrung oder eines Hohlkörpers bilden soll. Bei dieser Ausführungsform besitzt der zylindrische Körper 13 des Gerätes einen rohrförmigen axialen T.nnenraum 14, der zur Unterbringung der Kathode 15 und für den Durchgang des den Plasmastrahl bildenden Gases dient. Mit dem Körper 13 ist vermittels einer Dichtung 16
eine Düse vereinigt, die einen ebenfalls zylindrischen Körper 17 aufweist, in welchem ein radiales Prοjektionsmundstück 18 ausgearbeitet ist. Der Eintrittstrichter 19 dieses Mundstückes öffnet sich in eine Axialbohrung 20, die zur Aufnahme des Tubus 14 mit der Kathode 15 dient. Die Kathodenspitze 21 liegt in der Achse des Mundstückes 18. Tn dem Kegel 19 der Düse
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mündet oben an der dem Mundstück 18 gegenüberliegenden Seite eine Zufuhrleitung 22 für das auszustoßende Pulvermaterial.
Auf dem Körper 17 der Düse ist mittels einer Dichtung 23 ein Kreuzkopf Zk angebracht, dessen Innenraum mit den Längskanälen 25 und 25' in Verbindung steht, die in dem Düsenkörper eingebracht sind und einen Teil des Kühlmittelkreislaufes bilden. Der Körper 17 und der Kreuzkopf 2k der Düse sind mit dem Körper 13 des Gerätes vermittels Stehbolzen 26 und Muttern 27 verbunden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist die Vorrichtung mit einer ausrichtbaren Düse ausgerüstet, die gestattet, den das Pulvermaterial mitführenden Plasmastrahl nach allen Richtungen zu lenken, die zwischen der Längsachse des Gerätes und einer "Richtung senkrecht hierzu eingeschlossen sind, so daß man das Gerät für die Behandlung von Außen- und Innenflächen von Stücken verschiedenerlei Form verwenden kann.
;fie aus der I'wi ciinung ersichtlich, ist auf dem die Elektrode 20 tragenden Körper 28 dei" Vorricht\mg eine Düse montiert, diu von einem Rohr beil 30 gebildet wird und in der Achse X1 X! mifc dem Körper 28 unter Einschaltung der Dichtung 31 mit Hilfe einer Überwurfmutter 32 vereinigt ist. Auf dem Ende des Rohres 30 ist eine unter k5 gegen die Achse des Rohres 30 und der Elektrode 29 geneigte Scheibe 33 befestigt. Diese Scheibe besitzt eine schräge Öffnung 3k, die eine Verlängerung der Bohrung des Rohres 30 darstellt; auf ihrem Umfang ist eine Rille 35 vorgeshen, die eine Dichtung 36 aufnimmt, mittels deren auf der Scheibe 33 ein um die Achse Y, Yr der
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Scheibe 33 drehbarer und ausrichtbarer Kopf 37 gelagert ist. In dem Kopf 37 ist eine Ausstoßmündung 38 vorgesehen, deren Achse Z, Z' mit der Drehachse Y, Y1 einen Winkel von 45° bildet und deren Eintrittsöffnung 39 sich an die Öffnung 3k und damit an das Rohr 30 anschließt. Xn diese Eintrittsoffnung mündet auch eine Leitung kO für die Pulverzufuhr, die senkrecht zur Drehachse Y, Y1 angeordnet ist.
Es ist ersichtlich, daß bei der in der Zeichnung dargestellten Lage der Achse Z, Z1 die Ausstoßmündung senkrecht zur Achse X, X* des Gerätes liegt und dann eine Drehung des Kopfes 37 um 180° die Achse Z, Z' der Mündung in eine Stellung symmetrisch zu der wiedergegebenen Lage in bezug auf die Achse Y, Y1, d. h. in Verlängerung des Rohrkanals 30, bringt.
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Claims (3)

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Ausstoßen voit pul/##*£firmigem Material Mittels eines ionisierten Gasstrahloe, der ttarch einen verengten, elektrischen, offenen Lichtbogen {Plasma) auf ' eine sehr hohe Temperatur gebracht ist, wobei die Elektrode von einem elektrisch neutralen Gasstrahl umströmt ist und die Zufuhrleitung für das Trägergas, in dem das Pulvermaterial in Suspension gebracht ist, in der Nähe und im Winkel von höchstens 45° zu der Elektrode einmündet, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der·Ausstoßdüse (12, 18, 38) zu der Achse der Elektrode (5, 15t 29) geneigt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstoßdtise (38) durch einen drehbaren auf dem Ende des Rohrkörpers (3O) gelagerten Kopf (37) gebildet wird, der längs der Elektrodenachse der Vorrichtung und drehbar auf dem Oberkörper (33) «m eine gegenüber der Elektrodenachse geneigten Achse befestigt ist und der Pulverzufuhrkana1 (ho) in die Ausstoßdüse (38) senkrecht zu dieser Drehachse ausgearbeitet ist,und in die Eintrittsöffnung der Ausstoßdüse (38) in der Nähe der Elektrodenspitze aber ein wenig stromab von dieser Spitze ausmündet, so daß die Achse dieses Pulverzufuhrkanales (ko) nicht auf die Elektrode trifft,
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstoßdüse (12) einen zum Brennerkörper (i) gerichteten
Neue Unterlagen (Art 7 SI Abs. 2 Nr. I Satz 3 des Änderungsges. v. 4.9.1967*
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Hohlkegel (8) aufweist, in den eine die Elektrode (5) umge bende, das elektrisch neutrale Gas zuführende Bohrung (k) einmündet, während der PuIverzufuhrkanal (7) schräg zur Elektrodenachse (h) derart angeordnet ist, daß seine Verlängerung nicht auf die in den Kegel (8) ragende Spitze der Elektrode (5) trifft.
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