DE1564328A1

DE1564328A1 - Plasmastrahlgenerator

Info

Publication number: DE1564328A1
Application number: DE19661564328
Authority: DE
Inventors: Giancarlo Perugini
Original assignee: Montedison SpA
Current assignee: Montedison SpA
Priority date: 1965-05-25
Filing date: 1966-05-20
Publication date: 1969-07-10
Also published as: FR1480878A; US3390292A; NL6606842A; GB1151092A; DE1564328B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Plasmastrahlgenerator der Pistolen- oder Kopfform, der aus einer Kathodenstützfläche, einer Kathode, einem elektrisch isolierenden Zwischenelektrodenkörper, einer Anodenstützfläche, einer Anode und einer kleinen Hilfselektrode für die Lichtbogenzündungsszintillation besteht, wobei das Ganze entsprechend einer geeigneten, sich anpassenden Anordnung verbunden ist, um zusammen mit den sich aus dem dabei erzielten gedrängten Aufbau ergebenden Vorteilen die Eigenschaften oder Merkmale verbesserter Funktions- und Leistungsfähigkeit aufzuweisen.

Diese Verbesserungen des Generators werden durch Anwendung eines geeigneten Umlaufsystems für das Kühlwasser, Verwendung

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von Elektroden (Kathode und Anödet zweckmäßiger Konstruktion, so daß auf ihren Oberflächen innerhalb der Kammer und auf der Lichtbogendüse der beste Energieaustausch zwischen den Elektronen und dem Lichtbogengas begünstigt und insbesondere in ihrem äußeren Teil in direkter Berührung mit aem zwangsläufig in Umlauf gehaltenen Wasser die besten Kühlbedingungen sichergestellt werden, erzielt, wodurch die Bildung überhitzter Zonen und die sich ergebenden Vorgänge örtlicher Fusionen absolut verhindert werdenο

Zweck der Erfindung ist es daher, bei den Plasmastrahlgeneratorvorrichtungen der Pistolen- sowie der Kopfart verbesserte Eigenschaften hinsichtlich Funktions- und Leistungsfähigkeit zusammen mit einer höheren isetriebseleastizität selbst unter hohen Kräften sicnerzustollen, wodurch nicht nur die Lebensdauer solcher Teile, die der thermischen Abnutzung stärker ausgesetzt sind, wie die Kathoden- und Anodenelektroden, sondern auch des elektrisch isolierenden Körpers verlängert werden, der, um leistungsfähig zu sein, nicht durch die durch den Plasmabogen ausgestrahlte Strahlungsenergie Schrumpfungen, Rissen oder Änderungen irgendwelcher Art in seiner Masse oder an seiner Oberfläche unterworfen sein darf.

Bekanntlich bestehen die interessantesten Anwendungsmöglichkeiten des Plasmastrahlgenerators in der Sprühablagerung gewöhnlicher Materialien, der Verwendung des Plasmastrahls als chemi-

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scher Hochtemperaturreaktor "und seiner Ausnutzung als Wärmequelle zum raschen Schneiden von Metallen und der Fusion von Materialien mit höchstem Schmelzpunkt.

Ähnliche Plasmastrahlgeneratoren sind bereist bekannt; sie besitzen jedoch ein Kathoden- und Anodenkühlsystem, das weit weniger leistungsfähig ist.

Der Wasserumlauf im Inneren hat eine Fließrichtung mit Bezug auf die Elektroden, die als im wesentlichen querlaufend oder diametral bezeichnet werden kann; d.h. im allgemeinen tritt das Wasser am unteren Ende des rückwärtigen Generatorbereichs ein und bewegt sich gegen die Mitte der Kathodenzone im normalen Sinn mit Bezug auf die Kathodenachse, d.h. im einstrahligen oder monoradialen Sinn mit Bezug auf diese.

Nachdem das Wasser auf den Mittelteil der Kathodenzone aufgetroffen ist, bewegt es sich von dieser im einstrahligen Sinn entgegengesetzt zu demjenigen der Zufuhr- oder Annäherungsphase weg. Darauf bewegt sich das Wasser vom oberen Teil der rückwärtigen Generatorzone durch eine oder mehrere, im oberen Teil des elektrisch isolierenden Zwischenelektrodenelements vorgesehene Öffnungen, tritt in den unteren Teil der Generatorstirnfläche ein und bewegt sich von dort einstrahlig gegen die Mitte der Anodenzone ; nachdem es auf den Mittelteil der Anodenzone aufgetroffen ist, bewegt es sich von diesem im entgegengesetzten monoradialen Sinn weg und verläßt dann den Generator durch den unteren Teil seiner Stirnfläche·

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Mit anderen Worten besteht der bei den gebräuchlichen Generatoren verwendete Kühlwasserkreislauf aus einem aufsteigenden, einem horizontalen und einem absteigenden Abschnitt. Bei dieser Art des Kreislaufs wird das Kühlwasser in den den Plasmastrahlgenerator bildenden Elementen nicht einheitlich verteilt und läßt hier Teile zurück, die durch das Umlaufen der feinen, im Umlauf befindlichen Wasserströme weniger gut und mit einer gewissen Veränderlichkeit getroffen werden, und dies mit besonderem Bezug auf den Kathoden- und den Anodenabschnitt.

Außerdem ist darauf hinzuweisen, daß bei nahezu sämtlichen Plasmastrahlgeneratoren die Kühlung der Kathode nicht durch direkte Berührung des Wassers mit der Elektrodenfläche stattfindet·

Tatsächlich ist die Kathode im allgemeinen durch ein blindes oder durchgehendes, mit Gewinde versehenes Auflager an einer Kathodenstützfläche oder -unterlagebefestigt. Die Kühlung muß daher als indirekt angesehen werden, da das Wasser die Kathodenstützfläche kühlt, welche ihrerseits durch die Berührung des Gewindes die Kathode kühlt.

Diese Art von Verbindung ist mit einem schwierigen Betrieb verbunden, welcher häufig dazu führt, daß ein Zustand der Überhitzung auf die Kathode übertragen wird und ein sehr rascher Verbrauch der Wolframpunktschweisselektrode die Folge ist.

Dies tritt dann ein, wenn das Gewinde zwischen Schraube und Mutter ein zu großes Spiel hat, so daß die Wärmeübertragung

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durch diese ungenügend ist und behindert wird.

Dieser Nachteil tritt auch dann ein, wenn der Generator zu höheren Energiewerten gezwungen wird. Hieraus ergibt sich, daß der Plasmagenerator gerade aufgrund des Nachteils einer indirekten Kathodenkphlung seiner eigenen Energieelastizität im Betrieb beraubt wird»

Dagegen ist eine andere im Handel erhältliche Generatorart mit einer querlaufenden oder diametralen Kühlung versehen, wobei ein direkter Kontakt des Kühlwassers mit der Kathodenoberfläche vorliegt, auch wenn dieser Kontakt nur schlecht erreicht wird·

Es gibt auch eine Art eines gebräuchlichen Plasmagenerators mit querlaufender oder diametraler Kühlung und indirektem Kontakt mit der Kathode, wobei die Lage nicht durch ein blindes, mit Gewinde versehenes Auflager eingestellt werden kann<>

Es gibt auch eine andere Art eines äknlichen Plasmagenaators, ebenfalls mit querlaufender oder diametraler Kühlung durch indirekten Kontakt mit der Kathode, jedoch mit der Möglichkeit, die Lage der Elektrode durch ein durchgehendes, mit Gewinde versehenes Auflager einzustellen.·

Schließlich gibt es eine Art eines gebräuchlichen Plasmagenerators mit querlaufender oder diametraler Kühlung, jedoch direktem Kontakt mit der Kathode, denen Lage nicht durch ein "O"-Singdichtungsauflager eingestellt werden kann.

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Obgleich, eine direkte Kathodenkühlung vorgesehen ist, genügt die zuletzt genannte Art eines gebräuchlichen Generators jedoch nicht den Erfordernissen eines zweckmäßigen Umlaufsystems, das zur Erzielung einer höheren Leistungsfähigkeit und einer größeren Betriebselastizität geeignet ist, wie sie durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erzielt werden können.

Erfindungsgemäß wird der Zweck vollkommen erreicht, indem man eine Kühlvorrichtung entsprechend dem System einer direkten Kathodenberührung mit koaxialer Einspritzung des Wassers, das gegen die Rückfläche der Kathode läuft, und entsprechend mehrstrahligen Leitlinien oder Leitungen (directrixes) der Verdrängung des gleichen Wassers in .Richtung auf die verschiedenen Umlauffließzonen, die mit Bezug auf die Elektroden koaxial sind, wie dies in Fig. 1 der Zeichnung schematisch dargestellt ist, vorsieht.

Figl· 1 zeigt ein Schema eines Kühlkreislaufs gemäß dem System der Erfindung, d.h. der Art mit direkter Kathodenwirkung, mit koaxialer Einspritzung von an der Kathodenrückfläche laufendem Wasser und anschließender Verdrängung entsprechend vielstrahligen Leitlinien in Richtung auf verschiedene Umfangsflie-ßzonen, die mit Bezug auf die Elektroden koaxial sind und in gleicher Richtung mit dem Plasmastrahl liegen.

Wie klar ersichtlich, arbeitet (synthesizes) diese Kühlvorrichtung zusammenhängend in drei kennzeichnenden Funktionen oder Vorgängen: ·

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1) Vorgang der direkten Kathodenkühlung, die an der Kathodenrückflache wirkt, welche durch einen mit Bezug auf die Elektrode koaxial angeordneten Wasserstrahl getroffen wird, und anschließende Fortleitung des Wassers zu an d$r Außenseite befindlichen Umfangszonen durch gleichzeitiges Fließen durch vielstrahlige Leitungen;

2) Vorgang der Kühlung des elektrisch isolierenden Zwischenelektrodenelements durch innerhalb von Löchern fließendes Wasser, welche nicht unbedingt parallel zu der Achse, jedoch auf Umfangen verteilt sind, welche die Elektrodenachse als Mittelpunkt haben und die UmfangsfIießzonen mit einem in Richtung auf den Anodenraum gerichteten Sinn bestimmen;

3) Vorgang der direkten Anodenkühlung, beginnend mit einer Umkehrung des Wassers in zentripetaler Richtung durch vielstrahlige Leitungen, welche in Richtung auf die Mittelzone der Elektrode gleichzeitig zusammenlaufen, dann jedoch in einen Umfangsfluß abweichen, wobei die Anodenflächen gleichgerichtet umhüllt werden und der Plasmastrom innerhalb der Anodendüse fließt.

Die vorstehend angegebenen Vorgänge werden mit Hilfe der nachstehenden Komponentenelemente verwirklicht (concretized):

a) Eine Kathode, bestehend aus einer Wolframpunkschweisselektrode, welche im allgemeinen gemäß verschiedenen kegelförmigen Profilen geformt ist, wie sie für die jeweilige Art von Plasma (Argon, Wasserstoffart, usw.) geeignet sind, aufgeschweißt

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auf eine im allgemeinen zylindrische, innen hohle Kupferunterlage mit einer Eintrittsöffnung an einem Ende und versehen mit einem Gewinde an ihrem äußeren Unterteil, wobei das letztere durch eine Krone von öffnungen überragt wird, welche Äs dem innerhalb der Aussparung fließenden Kühlwasser gestatten, entsprechend den vielstrahligen Leitungen oder Leitlinien zu fliessen, die mit Bezug auf die Achse nicht unbedingt gerade verlaufen (vgl· schematische Darstellung von Fig. 2).

Fig. 2 veranschaulicht schematisch die Kathoden, die aus einem Kupferkörper zylindrischer, innen hohler Form mit einer Eintrittsöffnung an einem Ende bestehen, wobei auuen ein Gewinde vorgesehen ist, das durch eine Krone durchgehender Öffnungen zur Verbindung.mit der inneren Aussparung und am anderen Ende durch eine Woslframpunktschweisselektrode überragt wird;

b) Ein elektrisch isolierender Zwischenelektrodenkörper, der geometrisch aus einem Aufbau zylindrischer und kegelstumpfförmiger Flächen besteht, wobei im Inneren eine mit Öffnungen versehene Leitfläche den Kathodenraum von der Lichtbogengaskammer trennt, wobei die letztere mit einem Dichtungsauflager für die Anodenverbindung endet. Das Merkmal des Teils oder Stückes liegt in der Anwesenheit von öffnungen für den Durchgang des Wassers vom Kathoden- zum Anodenraum, wobei die Öffnungen auf einer idealen zylindrischen oder konischen Fläche angeordnet sind wie dies in Figo 3 schematisch veranschaulicht ist«

BAD OFUGlNAL 909828/1026 ^L

Fig. 3 zeigt einen elektrisch isolierenden ZwischenelektrodenkÖrper mit zylindrischen und kegelstumpffö'rmigen Formen, der durch eine Krone durchgehender Öffnungen für die Fortleitung des Kühlwassers vom Kathoden- zum Anodenabschnitt gekennezeichnet ist;

c) Eine Anode aus einem Kupferkörper, wobei die Düse aus einer zylindrischen Öffnung "besteht, die sich am unteren Ende in eine oder mehrere aufeinanderfolgende konische Öffnungsweiten verwandelt, die verschieden geformt sind und von der Art des verwendeten Plasmas (Argon, Stickstoff, usw.) abhängen, während sie an der gegenüberliegenden Seite mit oder ohne verschiedene Diisenformen zylindrisch enden kann₀

Äußerlich ist dieses Teil oder Stück so geformt, daß es in der Vorderansicht dem Buchstaben T und in der Seitenansicht der Gestalt eines Schiffsankers gleicht.

Im äußeren zylindrischen Teil sind schräge durchgehende Öffnungen vorgesehen, welche die Aufgabe haben, das Kühlwasser in eine an d$r Anodenfläche verwirklichte AbgabesammeIzone einzulassen.

Diese Ausbildung (conformation) der Anode verpflichtet oder zwingt das Wasser, gleichgerichtet mit dem Plasmastrahl zulaufen und an der Anodenmasse eine gut verteilte und zweckmäßige Kühlung entsprechend den Fließlinien zu schaffen, die in der schematischen Zeichnung von Fig. 4 eingefügt sindο

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- 1ο

Pig. 4- zeigt in schematischer Darstellung die Anode mit der Düse auf kreisförmigen Unterlagen und mit zylindrischen und kegelstumpfförmigen Linien, welche aus einem einstückigen Kupferkörper erhalten wurde und in einer Weise geformt ist, daß sie in der Vorderansicht der Gestalt des Buchstabens T und in der Seitenansicht der Gestalt eines Schiffsankers gleicht, und mit einer Krone schräger, durchgehender öffnungen versehen ist, durch welche der Eintritt des Kühlwassers in die Abgabesammeiaussparung erfolgt, nachdem es zu einem Verlauf gezwungen wurde, der im Hauptteil entsprechend dem Umfangsfluß in gleicher Sichtung mit dem Plasmastrahl erfolgt.

Der Komplex des erfindungsgemäßen Plasmagenerators ist in der Version der Pistolenart in Pig. 5 im Längsschnitt, in Fig. 6 im Querschnitt und in Pig. 7 in der Seitenansicht dargestellt»

Er umfaßt eine Kathodenstrahlröhre 1 negativer Polarität, Träger eines elektrischen Gleichstroms und des Kühlwassers, wobei die Röhre in ihrem oberen Teil an eine Liderung 2 des Kathodenraums angeschweißt ist, welche mittels vier kleinen Schrauben (nicht dargestellt) mit dem konischen Metallauflager 3 verbunden ist, welches seinerseits durch Schrauben oder/und ein Gewinde als auswechselbares Einsatzstück an dem elektrisch isolierenden Zwischenelefctrodenelement 4- befestigt ist. In die Mitte und das Innere der Liderung 2 ragt ein Teil der Röhre hinein, welche das Wasser in die Einkerbung oder Aussparung der Kathode 5 einspritzt,

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die an der Innenwand der Liderung 2 mittels Gewinde befestigt ist.

Eine andere hervorstechende Besonderheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die Kathode während ihrer Betriebsdauer biß zu 3 mm vorgeschoben werden kann, um ihren Verbrauch bei der Wotframpunktschweisselektrode zu kompensieren, indem man einfach zusätzlich kleine Dichtungsringe (washers) in die Zwischenzone 6 bis zur Ausschaltung des anfänglichen Spiels in 7 in seiner Gesamtheit einfügt. Dies ermöglicht die Ausnützung der Kathode während einer längeren Zeit, d.h. ihre Lebensdauer wird erhöht und folglich der MinderungsSpielraum der Kathodenelektrode verringert.

Die anderen, den Plasmagenerator bildenden Teile sind: das Antistrahlungsformstück (antiradiation template) 8, welches die Oberflächentemperatur an den Wänden der Lichtbogengaskammer abschwächt, die aus den elektrisch isolierenden Materialien besteht, aus welchen das Zwischenelektrodenelement zusammengesetzt ist, und gleichzeitig die durch das Plasma ausgestrahlten Ultraviolettstrahlungen daran hindert, auf das elektrisch isolierende Material einzuwirken und so auf lange Sicht seine chemische Struktur zu ändern; das metallische Einsatzstück, das es in seiner Eigenschaft als leicht auswechselbares Element unnötig macht, den ganzen elektrisch siolierenden Zwischenelektrodenkörper zu ersetzen, wenn das Dichtungsauflager des "O^t(-Rings zerstört sein sollte;

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die Anodenfläche 1o aus der Leitfläche 11 und dem Wasserabgabesammelbehälter 12; die Anode 13; der Eing 14 mit der Sperrnut 15; das Rohr zum Einspritzen des Pulvers 16; die Anodenröhre 17 für die Kühlwasserabgabe und für die Rückleitung des elektrischen Stroms; das Rohr 18 für das tangentiale Einspritzen des Gases in die Lichtbogenkammer; die Gaswirbelkammer 19; die kleine Hilfselektrode für die Lichtbogenzündung durch Szintillation an der Anode durch einen elektrischen Hilfsstromkreis. Was die Außenkonstruktion des Generators anbelangt, so besteht er aus einem permanenten, am Plasmageneratorkörper mittels Schrauben auf beiden Seiten befestigten Mantel 21; einer Vorderhülle 21 (frontal

un
cup) aus Metall, die einfach und mittelbar zwecks Inspektion der Lichtbogengasverbindungen entfernt wurden kann; den Pulvern und der kleinen Szintillatorelektrode; einer hinteren Hülle 23 (rear cup) aus elektrisch isolierendem Material zur Vermeidung der Gefahr einer zufälligen Berührung mit der Kathode, welche im Fall von Wasserstoff- oder Stickstoffplasma eine öffnungsspannung von etwa 28o V besitzt; einem Handgriff 24, der an dem permanenten Mantel durdh zwei Nägel im unteren Teil und zwei Befestigungsschrauben im oberen Teil befestigt ist.

Das mechanische Antriebsauflager 25 (drive seat) bildeC strukturell einen Teil des Handgriffs 24.

Wie in den Figuren 8, 9 und 1o dargestellt, kann der Plasmastrahlgenerator statt in der Pistolenversion die Ausführungsform

⁰⁴⁰

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eines Kopfes haben. Bei dieser Form liegt eine Variante nicht im funktioneilen Aufbau des Generators, sondern in seiner äußeren Ausbildung, welche nur auf den rückwärtigen Teil beschränkt ist· In dieser Zone kann eine Ausweitung des elektrisch isolierenden Zwischenelektrodenelements 4- beobachtet werden? das metallische Einsatzstück 3_t das nur in seiner äußeren Form verändert ist, hat stets die vorstehend erwähnte Aufgabe. Die Liderung des Kathodenraums ist in der Form leicht abgeändert und nicht durch Schrauben, sondern mittels einer mit Gewinde versehenen Nut 28 befestigt; statt abwärts verlaufen die Kathodenstrahlröhre 1 und die Anodenstrahlröhre 17 in Richtung auf den rückwärtigen Teil des Generators; das Element 26 besteht aus einem Flansch, d§r zur Befestigung des Generators an der Trag-oder Stützplatte durch Bolzen in mit einem Isoliereinsatzstück 27 versehenen Öffnungen dient; das die Röhren abdeckende Formstück 29 kann einfach und unmittelbar von dem Flansch 25, an welchem es befestigt ist, entfernt werden. Bei der Montage und Demontage der Elemente, aus welchen der Plasmastrahlgenerator der Kopfart zusammengesetzt ist, werden die verschiedenen Röhren mit Bezug auf den Flansch 28 durch Befestigen und Öffnen des Bügels 3o befestigt und entfernt.

Bei allen vorstehend angegebenen Zeichnungen bezeichnen die kleinen schwarzen Kugeln "0"-Ringe aus Gummi zur Erzielung der Abdichtungβ

Die Arbeitsweisen für den Betrieb des Plasmastrahlgenerators

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der Pistolen- sowie der Kopfart sind die folgenden: nachdem der Generator mittels Kupferplättchen (plaits) innerhalb mit Gummi bedeckter Kabel, die einen Wasserumlauf aufweisen und biegsam und handlich sind, an die Gleichstromenergiequelle angeschlossen wurde und nachdem Wasser in den Stromkreis unter Erzielung einer Fließgeschwindigkeit von 10-13 l/Min, geschickt und das für die Beschickung der Lichtbogenkammer gewählte Gas geöffnet wurde, wird an die Elektroden Spannung angelegt. Schließlich wird ein Funken zum Glimmen zwischen der kleinen Hilfselektrode und der Anode gebracht, wodurch eine Zündung des Lichtbogens erzielt wird und ein Plasmastrahl aus der Kise austritt.

Bei der Plasmazündung ist die Spannung zwischen den in Ruhe befindlichen Elektroden einem scharfen Abfall unterworfen, wählend die Stromstärke rasch zunimmt. Bekanntlich liegt die Öffnungsspannung von Argon bei etwa 7o V, während sie für Wasserstoff und Stickstoff bei.etwa 28o V liegt.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die nachstehenden Vorteile erzielt: ein größerer Schutz der Elektroden gegen Überhitzungsschäden und daher eine längere Lebensdauer zur Verwendung; eine größere Ausnutzung der Kathode dank der Möglichkeit ihres einstellbaren Vorschubs; eine größere Betriebselastizität verbunden mit einem größeren Bereich anwendbarer Energie innerhalb des Bereichs von 5 bis 5o kW bei einer die normalen höheren Werte übersteigenden Ausdehnung, die zwischen 25 und 6o%

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liegt, wie sich aus einem Vergleich der in den Beispielen 2-5, 5-6 und 8-9 angegebenen Werten ergibt.

Tatsächlich übersteigen die Energiewerte bei den gebräuchlichen Vorrichtungen äquivalenter Energie nicht 2o, 25 bzw. 4-o kW für Argon-, Stickstoff- und Wasserstoffplasma.

Die vorstehend erwähnten Vorteile der Erfindung werden mit einer Ausführungsform erzielt, die zusammengedrängt, von geringer Gesamtgröße, leicht und außerordentlich handlich ist und sich vorteilhaft von den gebräuchlichen der Pistolen- sowie der Kopfart unterscheidet. Die zuletztgenannte Art einer Plasmageneratorvorrichtung, die die gebräuchliche Technik für Energien bis zu 6o-65 kW und zur Verwendung für Schneidzwecke oder als chemischer Reaktor vorgeschlagen hat, ist ziemlich belastend oder umständlich und schwer und für die Verwendung in der Sprüh- oder Spritzüberzugstechnik wenig geeignet.

Bezüglich der bekannten Vorrichtung stellt die erfindungsgemäße Vorrichtung ein rationelleres, sich anpassendes System der Komponentenelemente dar, und ist sowohl in Spritzpistolen (mit dem großen Vorteil des Elektrodenschutzes}. der längeren Ausnutzung und der größeren Betriebselastizität) als auch bei der Kopfart zur Verwendung bei Spritz- oder Sprüharbeitsweisen mittels maschineller Einrichtungen (arms), oder für Schnellschneidarbeitsweisen oder für Arbeitsweisen der chemischen Synthese verwendbar«

BAD QRJGiNAL

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In der nachstehenden Tabelle 9 sind Beispiele für die Betriebseigenschaften oder -merkmale des Plasmagenerators der Pistolen- sowie der Kopfart gemäß der Erfindung angegeben.

In den Zeichnungen haben die Bezugszeichen die nachstehende Bedeutung:

a « Wolframpunktschweisselektrode

b » zylindrisches, mittels "O"-Ring abgedichtetes Auflager c « Wärmeaustauschaussparung, getroffen durch den Wasserstrahl d « Befestigungsgewinde an der Kathodenfläche e ■ Krone von Wasserauslaßöffnungen

f = Körper zylindrischer Form, innen hohl an dem der Wolframpunktschweisselektrode entgegengesetzten Ende

g ■ mittels "O"-Ring abgedichtetes, austauschbares Auflager für die Anodenverbindung

h = Lichtbogenkammer

i « Zwischenwand zur Abgrenzung des Kathodenraums von der Lichtbogengaskammer

j « mittels "O"-Ring abgedichtetes Auflager für die Kathodenflächenverbindung

k = Kathodenraum mit Wasserverteilungs-Auffängerplatte

1 = "O"-Ringdichtungsauflager für die Anodenflächenverbindung

m = "0"-Ringdichtungsauflager für die Kathodenverbindung

η = Öffnungen für den Wasserdurchgang vom Kathoden- zum Anodenraum

ο = Plasmastrahl

ρ « Fließlinien des Kühlwassers

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q * "O"-Ring-dichtungsauflager für die Verbindung mit der Anodenfläche

r « zu der Abgabeauffängerplattenausspraung (discharge collector groove)

s = einen Teil der Anodenfläche bildende Trennwand t = von der Verteileraussparung

u a "O"-Ringdichtungsauflager für die Verbindung mit der Lichtbog engaskamnier an dem elektrisch isolierenden Zwischenelektrodenelement

ν = Wasser
w = Wasser
χ β Achse der Lichtbogengaseinspritzrohre

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- 12 bis -

T A Ii E L L E

Betriebseigenschaften

Art des Plasmas

Beispiel Nr.

Bog-en spannung, Volt

Bogenstrom, A Angew. Energie, kV

A r g ο η Ni trogen

Hydrogen

28,5 281

Bogengasflui3, Mol/Sek. 0,0203

74,4

Wärmeinhalt des Strahls Kcal/Mol.

mittl»Temperatur

des Strahls,⁰C 1O,48O

Düsenabschnitt, mm 33,16

mi 111.Ge s chwindigkeit des Str-ihls m/Sek.

Wärmefluß, Kcal/cm²/

Sek. 4,55

2	3	4
30	32,5	106
667	985	189
20	32	20

5	6	7	8	9
io4	86	156	146	ΐ4ο
240	4θ7	192	274	357
25	35	30	40	50
0,0254	0,0254	0,0890	0,0890	0,0890

0,0203 0,0203 0,0254

155,1 231,5 151,9 188,1 257,8 71,46 91,91

12,850 13,730 6,6υθ

33,16 33,16 28,26

705

649

892

1211

1454

9.4Q 14,17 13,65 16,91 23,18 22,5

1723

28,9

7,	030	7,	930	3,	480	3,	730	3,	930
28	,26	28	,26	28	,26	28	,26	28	,26

(Die Beispiele 3, o, 9 zeilen die Möglichkeiten der Ausdelmung des Bereichs angewandter Energie, welch· normmimrvmtmm dl· V«rt· ttb«rst«iet_a vi· 41·· la 4·η Β·±·ρ1·1·η 2, 5, β angegeben ist).

Claims

Pat ent ans prüche

1) Plasmastrahlgenerator des Kollisystems der Art mit einem einzigen Eintrittsweg und direktem Kathodenkontakt, dadurch gekennzeichnet, daß die direkte Wassereinspritzung auf die rückwärtige Kathodenfläche durch ein Einspritzrohr erfolgt, das koaxial und hinter der Kathode angeordnet ist, unddaß die Wasserabgabe ohne Zwischenauslaßäffnungen von dem Generatorkörper durch aufeinanderfolgende Durchlässe zuerst in dem elektrisch isolierenden Zwischenelektrodenelement und anschließend im Anodenraum erfolgt und das Wasser durch den einzigen Auslaßweg ausströmt ·

2) Plasmastrahlgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser des Kühlkreislaufs an der rückwärtigen Kathodenfläche entlangläuft und durch vielstrahlige Leitlinien oder Leitungen, die durch die rückwärtige Ausbildung der Kathode bestimmt sind, in Richtung auf die Umfangsfließzonen des elektrisch isolierenden Zwischenelektrodenelements und etes Anodenraums fließt, wobei die Zonen mit Bezug auf die Elektroden koaxial und mit dem Plasmastrahl gleichgerichtet sind.

3) Plasmastrahlgenerator nach Anspruch 1 oder 2 unter Verwendung einer Anode mit axialer Düse, dadurch gekennzeichnet, daß diese auf jeweils parallel zueinander verlaufenden, kreis-

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- 2ο -

förmigen Basen eine Verbindung verschiedener zylindrischer und kegelstumpfförmiger, aus einem einzigen Kupferkörper erhaltener Formen darstellt, so daß das Kühlwasser mit einer zentripetalen Bewegung durch vielstrahlige Leitlinien und anschließend entlang dem Hauptteil in koaxialer Umfangsrichtung und gleichgerichtet mit dem Plasmastrahl fließt und schließlich in die kreisförmige AbgabesammeIzone durch eine radial und schräg an der ringförmigen Außenwand der Anode angeordnete Krone von öffnungen übergeht, so daß die Zone des Wassereintritts in Richtung auf die Anode und die das aus der Anode kommende Wasser sammelnde Zone mittels einer ringförmigen, einen Teil der Anodenfläche bildenden Trennwand benachbart sind.

4) Plasmastrahlgenerator nach einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß seine Anodenfläche zwei einfache Aussparungen aufweist, wobei durch Zwischenschaltung einer ringförmigen Trennwand die eine der anderen benachbart ist und die Aussparungen und die ringförmige Trennwand für die Verteilung des Wassers in Sichtung auf die Anode und für die Sammlung des aus der Anode kommenden Wassers sorgen, indem sie es zum Abgabeweg leiten, woaauf das Wasser zu einem Fließen in Umfangsrichtung an der Anodenfläche in gleicher Richtung mit dem Plasmastrahl gezwungen wird.

5) Plasmastrahlgenerator nach einem der Ansprüche 1-4- unter Verwendung einer Kathode aus einer Wolframpunktschweisselektrode,

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die an einen Kupferkörper angeschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf kreisförmigen Basen eine Verbindung äußerlich zylindrischer Formen darstellt und mit einer Eintrittsöffnung an dem der Wolframpunktschweisselektrode gegenüberliegenden Ende innen höhl ist, wobei dieses Ende äußerlich mit einem Gewinde versehen ist, das durch eine Krone durchgehender Öffnungen üfeerragt wird, die' mit der Innenhöhlung in Verbindung stehen, wobei die Krone ihrerseits durch ein "0"-Ringdichtungsauflager überragt wird.

6) Plasmastrahlgenerator nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode, obgleich sie von der Art mit direkter Kühlung ist, die Möglichkeit bietet, innerhalb weniger Millimeter (etwa 3 mm) zur Kqmpensierung der Erosion an der Punktschweisselektrode und zur Verlagerung der Nutzungsdauer der Elektrode einfach durch Einfügung von Dichtungsringen geeichter Dicke zwischen den vorspringenden Rand der Kathode und denjenigen der Kathodenfläche bei der mit Gewinde versehenen Verbindung eingestellt zu werden.

7) Plasmastrahlgenerator nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenliderung neben der Funktion der Liderung des Kathodenraums auch die Funktion einer Abstützung der Einspritzdüse für Wasser und elektrischen Strom und einer Abstützung der Kathode mit einstellbarer Lage hat, wodurch sie in sich eine dreifache Funktion vereinigte

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8) Plasmas tralilgenerator nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch isolierende Zwischenelektrodenelement koaxial mit Bezug auf die Elektroden eine Krone von Öffnungen aufweist, die nicht unbedingt mit der Achse parallel sind, wobei sämtliche Öffnungen gemeinsam mit dem Durchgang des Wassers aus dem Kathodenraum zum Anodenraum verbunden sind.

9) Verbesserter Plasmastrahlgenerator mit zusammengedrängtem Aufbau und erhöhter Funktionsfähigkeit nach einem der Ansprüche 1-8.

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