DE1564328B2

DE1564328B2 - Lichtbogen-Plasmastrahlgenerator

Info

Publication number: DE1564328B2
Application number: DE1564328A
Authority: DE
Inventors: Giancarlo Mailand Perugini (Italien)
Original assignee: Montecatini Societa Generale per lIndustria Mineraria e Chimica SpA
Current assignee: Montedison SpA
Priority date: 1965-05-25
Filing date: 1966-05-20
Publication date: 1973-09-27
Also published as: US3390292A; GB1151092A; DE1564328A1; FR1480878A; NL6606842A

Description

Die Erfindung betrifft einen Lichtbogen-Plasmastrahlgenerator, bestehend aus einer stabförmigen Kathode, einer zu dieser koaxial angeordneten düsenförmigen Anode und einem diese beiden Elektroden miteinander verbindenden, elektrisch isolierenden Zwischenstück sowie einem Kühlwassersystem, das einen einzigen Zufluß und einen einzigen Abfluß aufweist und bei dem das Kühlwasser nacheinander die Kathode, das Zwischenstück und die Anode durchströmt.

Es ist bereits ein Lichtbogen-Plasmastrahlgenerator bekannt, bei dem axial hintereinander die Anode, umgeben von einer Anodenhalterung, ein isolierendes Zwischenstück und eine Kathodenhalterung vorgesehen sind, wobei Zwischenstück und Kathodenhalterung von einem Mantel umschlossen sind, an dem auch die Anodenhalterung sitzt. Die Kathodenhalterung und das Zwischenstück haben eine axial durchgehende Bohrung, in der der Kathodenschaft angeordnet ist, wobei die Kathodenspitze in entsprechendem Abstand gegenüber der axialen Durchlaßbohrung der Anode angeordnet ist. Die Kathode ist bezüglich der Anode axial verstellbar, was durch eine am kathodenseitigen Ende des Generators angeordnete Einstellschraube erfolgt, an welcher der Kathodenschaft befestigt ist, der an einem Umfangsteil ein Außengewinde hat, das mit einem Innengewinde in der Kathodenhalterung in Eingriff steht. Das Kühlwasser für den Generator wird radial zugeführt, wobei das Zuführungsrohr in einen Ringraum mündet, der in der Kathodenhalterung ausgespart ist und den Kathodenschaft umgibt. Dieser Ringraum ist durch einen achsenparallel verlaufenden Kanal mit einem weiteren schmalen Ringraum verbunden, der zwischen dem Zwischenstück und der Kathodenhalterung besteht. Von diesem Ringraum geht durch das Zwischenstück ein weiterer achsenparalleler Kanal, der über einen in der Anodenhalterung vorgesehenen, auf der Umfangsfläche eines Kegels liegenden Kanal in einen weiteren Ringkanal mündet, der zwischen der Anodenaußenwand und der Innenwand der Anodenhalterung vorgesehen ist. Während diese Kühlwasserzuführung auf der Oberseite des Generators liegt, wird das erwärmte Kühlwasser auf der Unterseite aus dem anodenseitigen Ringraum abgeführt, wobei der Auslaß aus einem Rohr besteht, das radial im Zwischenstück mündet. Das Rohr für die Kühlwasserzufuhr ist dabei gleichzeitig der negative Pol, das Rohr für die Kühlwasserabfuhr der positive Pol der elektrischen Energieversorgung des Generators. Das Plasmagas wird diesem bekannten Generator in einem um die Kathodenspitze ausgesparten Raum auf der kathodenseitigen Stirnfläche zugeführt (Nucleonics, Bd. 19, 1961, Nr. 7, S. 114).

Bei einem weiteren bekannten Lichtbogen-Plasmastrahlengenerator sitzt die Anode axial an einem Zwischenstück aus isoliertem Material, in dem eine Kathodenhalterung gehalten ist, in welcher der Kathodenschaft sitzt, der für die axiale Verstellung der Kathode mit der Halterung im Gewindeeingriff steht. Bei dieser Anordnung ist in der Kathodenhalterung wiederum ein Ringraum vorgesehen, dem aus einer radialen Leitung Kühlwasser zugeführt wird. Aus diesem Ringraum strömt das Wasser in einem im wesentlichen axialen Kanal auf der Oberseite des Generators durch das Zwischenstück und die Anode wobei auf der Generatorunterseite in der Anode eir Ableitungskanal vorgesehen ist, der in eine radial· Kühlwasserabführungsleitung mündet. Das Plasma gas wird dabei in einen Raum eingeführt, der radii; vom Zwischenstück begrenzt ist. Das Gas wird durc

einen schmalen Spalt zwischen der Kathode und der Anode in einen Anodenraum eingeführt, der sich gegenüber der Kathodenspitze zum Auslaß des Generators hin verjüngt (ETZ-B, Bd. 15, 1963, Heft 1, S. 7).

Bei diesen bekannten Plasmastrahlgeneratoren muß also das Kühlwasser den kathodenseitigen Ringraum in einer ansteigenden Bewegung durchströmen, fließt dann in einem Kanal auf der Oberseite durch das Zwischenstück und die Anode, wird dann anodenseitig nach unten und dort noch durch einen Teil der Anode und/oder des Zwischenstückes zum Auslaß geführt. Eine solche Kühlwasserführung hat den Nachteil, daß die an den Generator anlegbare elektrische Energie zur Erzeugung des Plasmas begrenzt ist. Wird die Energiezufuhr über das zulässige Maß hinaus verstärkt, um ein heißeres Plasma zu erzielen, so erweist sich die Kühlung als unzureichend, so daß an Anode und Kathode lokale Uberhitzungen auftreten, die die Lebensdauer und Funktion des Generators stark beeinträchtigen. Außerdem führt die an das Zwischenstück aus elektrisch isolierendem Material abgestrahlte und abgeleitete Wärme dazu, daß dieses Material infolge unzureichender Kühlung schrumpft und rissig wird. Diese Nachteile werden wenigstens teilweise durch die Kühlwirkung des Gases beseitigt, das in sehr hohen Mengenströmen zugeführt wird. Dies führt jedoch wiederum zu einer sehr hohen Austrittsgeschwindigkeit des Plasmas, so daß in den Strahl nur wenig Pulver für das Metallaufstäuben einbringbar ist, und zu einer niedrigen Plasmatemperatur, so daß der Strahl in vielen Fällen für das Metallschneiden bzw. -schweißen oder den Ablauf von Hochtemperaturreaktionen nicht genügend heiß ist.

Zum Stand der Technik gehören auch Lichtbogen-Plasmageneratoren, bei denen die Kathode hohl ist, wobei ein axial in die Kathode eingeführtes Rohr direkt die Unterseite der Kathodenspitze mit Kühlwasser beaufschlagt, das dann den Kathodenraum um das Zuführungsrohr füllt und auf der der Kathodenspitze gegenüberliegenden Seite abgeführt wird. Für die Kühlung der Anode ist dann ein Extrakreislauf erforderlich, der aus einer um die Anode herum angeordneten Kühlschlange (französische Patentschrift 1 395 307) oder aus einem die Anode umschließenden Ringraum bestehen kann, dem auf der einen Seite radial Wasser zu- und auf der gegenüberliegenden Seite radial Wasser abgeführt wird (deutsches Gebrauchsmuster 1 868 776).

Diese Plasmageneratoren sind konstruktiv wegen der zwei getrennten Kühlmittelkreisläufe sehr aufwendig. Außerdem ist eine ausreichende Kühlung der Anode und Kathode gegen einander isolierende Teile nicht gewährleistet, so daß an diesen meist aus Kunststoff bestehenden Teilen Rißbildungen und Schrumpfungen auftreten, wodurch die sichere Funktion der Generatoren nicht gewährleistet ist. Außerdem lassen sich bei der gezeigten Kühlwasserführung lokale Uberhitzungen nicht ausschließen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, einen Lichtbogen-Plasmastrahlgenerator der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, dessen Leistungsfähigkeit und Betriebselastizität unter Erzielung einer langen Lebensdauer wesentlich verbessert wird.

Diese Aufgabe wird mit dem Lichtbogen-Plasmastrahlgenerator der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die Kühlwasserzufuhr mittels eines koaxial zur Kathode angeordneten Rohres erfolgt, das das Kühlwasser auf die Rückseite der Kathode richtet, daß die Rückseite der Kathode eine axiale Ausnehmung aufweist und die Seitenwände dieser Ausnehmung mit öffnungen versehen sind, von denen aus das Kühlwasser in radialer Richtung ausströmt und in axial gerichtete Kanäle einströmt, von denen mehrere in dem Zwischenstück auf einer zylindrischen oder konischen Fläche angeordnet sind, und daß die

ίο Anode von dem aus dem Zwischenstück austretenden Kühlwasser mittels eines koaxial zum Plasmastrahl in derselben angeordneten Kühlmittelkanals angeströmt ist und das Kühlmittel aus der Anode in radialer Richtung und einer Anzahl von öffnungen austritt.

Mit einem solchen Lichtbogen-Plasmastrahlgenerator ist es möglich, ein Plasma zu erzeugen, dessen Enthalpiegehalt gegenüber den Plasmastrahlen aus bekannten Generatoren wesentlich verbessert ist. Da die Kühlwirkung des zugeführten Gases nur geringfügig zum Tragen kommt, kann der Mengenstrom des zugeführten Gases stark reduziert werden, so daß man ein sehr heißes Plasma erhält, dessen Ausströmgeschwindigkeiten ein ausreichendes Eindringen des in den Plasmastrahl eingespritzten Pulvers für eine hervorragende Materialbeschichtung durch Aufsprühen von Metall mittels Plasma wegen der gleichmäßigen Verteilung und des längeren Verweilens im Plasmastrahl zulassen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die gleichmäßige Verteilung der Kanäle in dem isolierenden Zwischenstück dieses ausreichend gekühlt wird, so daß keinerlei Schrumpfungen oder Rißbildungen auftreten. Da infolge der ausreichenden Kühlung von Anode und Kathode der Verschleiß sehr gering ist, ist der Generator sehr lange verwendbar. Durch die einfache Anordnung der einzelnen Teile ist die Bauweise insbesondere in Axialrichtung sehr gedrungen und die einzelnen Teile lassen sich sehr einfach auswechseln.
Vorteilhafterweise ist am kathodenseitigen Ende des Zwischenstückes, welches die Außenwand der Kathodenhalterung abdichtend umschließt, eine ringförmige Ausnehmung vorgesehen, in welche die axialen Kanäle des Zwischenstückes und die radialen Kanäle der Kathodenhalterung münden. Dabei hat die Kathodenhalterung vorteilhafterweise einen Umfangsflansch, durch den sich die radialen Kanäle erstrecken. Bei dieser Anordnung ist die Kathode zwischen der Lage, in welcher die anodenseitige Fläche des Umfangsflansches an der kathodenseitigen Stirnwand der Ausnehmung des Zwischenstückes anliegt, und der Lage, in welcher die gegenüberliegende Seite des Umfangsflansches an der Stirnseite eines Abschlußteils anliegt, durch Anordnen von Zwischenscheiben an der Stirnseite des Abschlußteils axial verstellbar, so daß der sich durch Abnutzung vergrößernde Spalt zwischen Anodenöffnung und Kathodenspitze nachstellbar ist.

Eine konstruktiv besonders günstige Führung des Kühlmittels wird dadurch erreicht,, daß die das Zwischenstück und die die Anode außenseitig abdichtend umschließende Anodenhalterung eine radial nach innen vorstehende Leitfläche hat, welche die radiale Strömung in dem anodenseitigen Mündungsraum der axialen Kanäle des Zwischenstücks in eine axiale Strömung um die Anode umlenkt und diesen Mündungsraum von der Ringkammer trennt, in welche die radialen öffnungen münden, die das Kühlmittel von der Anode wegführen.

An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

F i g. 1 zeigt schematisch im Axialschnitt eine Ausführungsform eines Lichtbogen-Plasmastrahlgenerators.

F i g. 2 zeigt im Axialschnitt zwei spezielle Ausbildungen der Kathoden.

F i g. 3 zeigt im Axialschnitt und in der Draufsicht eine Ausführungsform eines isolierenden Zwischenstücks.

F i g. 4 zeigt im Axialschnitt, einer Seiten- und einer Stirnansicht eine Ausführungsform einer Anode.

F i g. 5 zeigt im Axialschnitt eine pistolenförmige Ausführungsform eines Lichtbogen-Plasmastrahlgenerators für das Aufsprühen von Metall mittels des Plasmastrahls.

F i g. 6 zeigt eine Ausführungsform eines Lichtbogen-Plasmastrahlgenerators für die Metallaufsprühung, der an einem Geräteteil befestigbar ist.

Der in F i g. 1 gezeigte Plasmastrahlgenerator besteht aus einer Anode 13, der axial eine Kathode 5 zugeordnet ist, wobei die Anode 13 und die Kathode 5 von einem Zwischenstück 4 aus isolierendem Material gehaltert sind. Die Anode 13 und das Zwischenstück 4 sind außenseitig von einer Anodenhalterung 10 umgeben, von der eine radiale Leitfläche 11 in einen Raum zwischen dem Zwischenstück und einem Flansch der Anode vorsteht und welche den Generator auf der Vorderseite abdeckt. Kathodenseitig erfolgt die Abdeckung durch ein Abschlußteil 2. Das durch die Leitung 1 zugeführte und durch die Leitung 17 abgeführte Kühlmittel, im vorliegenden Fall Wasser, durchströmt den Generator längs der dick ausgezogenen Bahn in Pfeilrichtung.

Wie aus F i g. 2 zu ersehen ist, besteht die Kathode 5 aus einer zylindrischen Kathodenhalterung b, die auf der einen Stirnseite einen Fortsatz hat, in dem die Kathodenspitze α aufgenommen ist, die gewöhnlich aus einer Wolframelektrode besteht, wobei die Gestalt der Spitze α dem zur Bildung des Plasmas verwendeten Gas angepaßt ist. In dem sich an den Fortsatz für die Halterung der Spitze α anschließenden Teil der Kathodenhalterung b ist eine axiale Ausnehmung c vorgesehen, die sich von der der Spitze a gegenüberliegenden Stirnseite / aus in Richtung des Spitzenendes erstreckt, das an der Kathodenhalterung b aufliegt. Von der Ausnehmung c führen durch die Umfangswand der Kathodenhalterung b über dem Umfang verteilte radiale öffnungen e nach außen. Ausgehend von der hinteren Stirnseite / erstreckt sich für die Axialverstellung ein mit einem Außengewinde d versehener Flansch.

Die in F i g. 4 gezeigte Anode 13 ist ein aus Kupfer hergestellter pilzförmiger Körper, dessen Schaft von einer Axialbohrung durchsetzt ist. Das Eintrittsende dieser Bohrung ist konisch, wobei der öffnungswinkel dem zur Plasmaerzeugung verwendeten Gas angepaßt ist. Das Plasma ο tritt am gegenüberliegenden Ende der Bohrung aus. Die Kühlung der Anode erfolgt längs des mit ρ bezeichneten Strömungsverlaufes in Pfeilrichtung. Dabei strömt das Kühlmittel in dem auf der einen Seite durch die Leitfläche / begrenzten Mündungsraum £ radial zum Schaft der. Anode 13, dann axial in dem sich konisch verjüngenden unteren Teil des Schirms der pilzförmigen Anode 13 in Riehtung der Plasmamündung und vom Ende dieses axialen Ringkanals über schräg nach außen geführte öffnungen r ab. An der plasmaaustrittsseitigen Umfangsfläche q kommt ein Dichtungsring zu liegen, der an der nicht gezeigten Anodenfläche angreift, während am gegenüberliegenden Ende des Anodenschaftes ein O-Ring in einer Nut u angeordnet wird, der für eine Abdichtung gegenüber einem nicht gezeigten Einsatzstück sorgt.

Die Kathode 5 gemäß F i g. 2 und die Anode 13 gemäß F i g. 4 sind durch das in F i g. 3 gezeigte Zwischenstück 4 voneinander getrennt. Das Zwischenstück 4 ist ebenso wie die Kathode 5 und die Anode 13 ein rotationssymmetrisches Teil. Das aus elektrisch isolierendem Material hergestellte Zwischenstück 4 ist von einer abgestuften Bohrung durchsetzt. Kathodenseitig ist am Eingang der Bohrung eine Fläche j für die Auflage eines Dichtungsringes vorgesehen, der gegenüber einem die Kathode halternden Einsatzstück abdichtet. Der erste Teil des kathodenseitigen Bohrungsendes geht dann in einen Ringraum k über, der auf seiner anodenseitigen Stirnfläche ganz außen am Umfang in eine Vielzahl über dem Umfang gleichförmig verteilter axialer Kanäle η mündet. Axial setzt sich der Ringraum k in einer durch einen Steg i verengten Bohrung mit einer Auflagefläche m fort, an der ein Dichtring anliegt, der bei eingesetzter Kathode mit der Außenfläche der Kathodenhalterung b in Eingriff steht. Die durch den Steg i verengte Bohrung erweitert sich zu einer Kammer h, in die tangential das Gas für die Plasmaerzeugung zugeführt wird. Stirnseitig ragt in die Kammer h das Ende g eines Einsatzstückes. Außenseitig hat das Zwischenstück 4 in diesem Bereich eine Fläche / , auf der ein O-Ring für den abdichtenden Eingriff mit der Anodenhalterung aufliegt.

Bei der in F i g. 5 gezeigten Ausführungsform des Lichtbogen-Plasmastrahlgenerators sind die in F i g. 1 schematisch zusammengesetzt und in den F i g. 2 bis 4 einzeln gezeigten Elemente zu einem Generator zusammengefügt und mit den erforderlichen Anschlüssen versehen. Das Rohr 1, durch das das Kühlwasser zugeführt wird, ist gleichzeitig der negative Pol der elektrischen Energiezufuhr. Das Rohr 1 ist mit einem Abschlußteil 2 verbunden, das über einen Radialkanal das Kühlwasser in einen axial verlaufenden Kanal führt, aus dem das Wasser in die in F i g. 2 gezeigte Ausnehmung c in der Halterung b der Kathode 5 ausströmt. Das Abschlußteil 2 hat einen sich in Richtung zur Anode erstreckenden Fortsatz, an dessen Stirnfläche 6 der Umfangsflansch der Kathodenhalterung anliegt und an dessen Außenseite ein O-Ring abdichtend anliegt, dessen gegenüberliegende Umfangsseite mit der Abdichtfläche des Zwischenstücks 4 im Eingriff steht, die in Fig.? mit j bezeichnet ist. Das Abschlußteil 2 greift mii seinem äußeren konischen Endteil über einen metallischen Lagering 3, der um das Zwischenstück ^ herum angeordnet ist.

Im Bereich des Umfangsflansches der Kathodenhalterung ist im Zwischenstück 4 eine Ausnehmung 7 vorgesehen. Die axiale Erstreckung dieser Ausnehmung ist so bemessen, daß durch Anordnen von Zwischen scheiben zwischen der Stirnfläche 6 des Vorsprung' des Abschlußteils 2 und der Stirnfläche des Umfangs flansches die axiale Lage der Kathode 5 bezüglich de Anode 13 verstellbar ist. Die in F i g. 5 gestrichelt ein gezeichneten radialen, durch den Umfangsflansc verlaufenden Kanäle, die in F i g. 2 mit e bezeichm sind, münden in die ringförmige Ausnehmung welche dem äußeren Teil des Ringraumes k ve F i g. 3 entspricht. In dem Zwischenstück 4 sind a·

der Umfangsfläche eines Kegels liegende Bohrungen vorgesehen, die den Kanälen η von F i g. 3 entsprechen und die ringförmige Ausnehmung 7 mit dem Mündungsraum t von F i g. 4 verbinden. Das Zwischenstück 4 sitzt mittels eines Dichtungsringes abdichtend auf der Umfangswand der Kathodenhalterung, wobei die Abdichtungsfläche des Zwischenstücks in F i g. 3 mit m bezeichnet ist. Zwischen dem Halteteil für die Kathodenspitze und dem Zwischenstück 4 ist anschließend an diese Abdichtung eine Ringkammer 19 ausgebildet, die zwischenstückseitig von einer Strahlungsabschirmung 8 umschlossen ist. In diese Kammer 19 mündet die Leitung 18 für die Zuführung des Gases für die Plasmaerzeugung tangential, so daß in der Kammer 19 eine Wirbelbewegung erzeugt wird.

An die Strahlungsabschirmung 8 schließt sich axial ein Einsatzstück 9 an, dessen kathodenseitiges Ende in F i g. 3 mit g bezeichnet ist. Das aus Metall bestehende Einsatzstück 9 ist durch einen Dichtungsring gegenüber dem kathodenseitigen Ende der Anode 13 abgedichtet, wobei dieser Dichtungsring in der in F i g. 4 gezeigten Nut u zu liegen kommt. Die Spitze der Kathode 5 erstreckt sich in den sich konisch verjüngenden Ofmungsteil der Anode 13, der in einen zylindrischen Kanal und dann in eine sich erweiternde Mündung übergeht.

Das Zwischenstück 4 ist auf der Außenseite von einer insgesamt als ringförmiges Teil ausgebildeten Anodenhaltung 10 mittels Schrauben gehalten, wobei ein flüssigkeitsdichter Abschluß durch einen O-Ring erreicht wird, der auf der einen Seite an der Anodenhalterung 10 anliegt und auf der anderen Seite am Zwischenstück aufliegt, wobei diese Auflagefläche der in F i g. 3 gezeigten Fläche 1 entspricht. Das aus den sich in Längsrichtung durch das Zwischenstück 4 erstreckenden Kanälen austretende Kühlmedium tritt in einem Mündungsraum ein, der anodenseitig von der von der Anodenhalterung 10 nach innen vorstehenden Leitfläche 11 begrenzt ist. Das Kühlwasser wird so radial der Anodenaußenseite zugeführt und in Axialrichtung umgelenkt. Am Ende des axial durchströmten Ringraums um die Anode 13 sind schräg nach oben über dem Umfang verteilte durchgehende öffnungen vorgesehen, die in F i g. 4 mit r bezeichnet sind. Diese Öffnungen münden in eine Ringkammer 12, die auf der Unterseite mit einem Rohr 17 verbunden ist, durch das das erwärmte Kühlwasser abgeführt wird und das gleichzeitig den Pluspol der elektrischen Energieversorgung bildet. Die Ringkammer 12 ist durch einen O-Ring abgedichtet, der zwischen der Anodenhalterung 10 und der Umfangsfläche der Anode 13 angeordnet ist, wobei diese Abdichtfläche der Anode 13 in F i g. 4 mit q bezeichnet ist. Die Anode ist anschließend an das stirnseitige Ende der

Anodenhalterung 10 weiterhin durch einen Abdeckring 14 umschlossen, der mittels einer aufgeschraubten Haltemuffe 15 gehalten ist. Durch den Abdeckring 14 erstreckt sich auf der Unterseite radial ein "Rohr 16, das über eine Bohrung in den zylindrischen Teil der

axialen Anodenbohrung mündet. Durch dieses Rohr 16 wird das Pulver in das Plasma für die Metallaufstäubung aufgebracht. In die Kammer 19 mündet weiterhin eine Hilfselektrode 20 für die Lichtbogenzündung.

Dieser Plasmastrahlgenerator ist von einer vorderen Frontabdeckung 22 aus Metall und einer kathodenseitigen hinteren Abdeckung 23 aus Isoliermaterial ummantelt, wobei die Ummantelunger: in einem Handgriff 24 zusammenlaufen, durch den

die einzelnen Zu- bzw. Abführleitungen hindurchgehen. Die hintere Abdeckung 23 ist mit einem Flansch 25 mit Bohrungen versehen, die für das Anbringen an einem Gerät mit mechanischem Antrieb dienen.

Der in F i g. 6 gezeigte Plasmastrahlgenerator ist hinsichtlich seiner Funktionselemente genauso gebaut wie der von F i g. 5. Anstatt des Handgriffs werden jedoch die Zu- bzw. Abführungsleitungen axial herausgeführt, wobei die Leitungen durch einen Auf-

satz 30 auf der Unterseite des Generators gehaltert sind, der an einem Umfangsflansch 26 angreift, der auf das Zwischenstück außenseitig aufgeschraubt ist und mit über dem Umfang verteilten Befestigungsöffnungen versehen ist, in denen Isolierbüchsen 27

stecken. Das Abschlußteil 2 wird axial durch eine

Gewindemuffe 28 gehaltert. Auf der Unterseite ist die

Anordnung von der Frontseite bis zum Aufsatz 30

durch eine Abdeckung 29 abgedeckt.

An Hand der nachstehenden, in der Tabelle zu-

sammengefaßten Beispiele wird die Erfindung näher erläutert. Bei diesem Beispiel beträgt der Kühlwasserstrom 10 bis 13 l/min, die Zündspannung für Argon etwa 70 V, für Wasserstoff und Stickstoff etwa 280 V. Man sieht, daß sich verschiedene Betriebszustände

einstellen lassen, wobei die große Betriebselastizität durch den sich von 5 bis 50 kW erstreckenden Energiebereich gekennzeichnet ist. Dabei zeigen insbesondere die Beispiele 3, 6 und 9, welche extremen Betriebszustände erreicht werden können, ohne daß Abnut-

Zungserscheinungen oder Beschädigungen am Generator auftreten.

Lichtbogenspannung in V

Lichtbogenstrom in A

Energie in kW

Plasmamengenstrom in Mol/s

Enthalpie des Plasmastrahls in Kcal/
Mol

1	2	3	Argon, St I 4	Plasma ckstoff, W Jeispiel Ni 5.	'asserstoff 6	7	8
28,5	30	32,5	106	104	86	156	146
281	667	985	189	240	407	192	274
8	20	32	20	25	35	30	40
0,0203	0,0203	0,0203	0,0254	0,0254	0,0254	0,0890	0,0890
74,4	155,1	231,5	151,9	188,1	257,8	71,46	91,91

0,0890

110,78
309 539/187

9	1	1 564328 Fortsetzung	13730	Argon. St E 4	Plasma ckstoff. W Beispiel N 5	10	7	8	9
	10480		33,16 705	6600	7030	asserstoff 6	3480	3730	3930
Mittl. Temperatur des Plasmastrahls in ⁰C	33,16 541	12850	14,17	28,26 649	28,26 892	7930	28,26 1454	28,26 1723	28,26 1914
Düsenquerschnitt in mm² Mittl. Plasmastrahlgeschwindigkeit in m/s	4,55	33,16 660	13,65	16,91	28,26 1211	22,5	28,9	34,9
Wärmestromdichte in Kcal/cm²/s ..	9,49	Hierzu 2 Blatt Zeichnungen		23,18

Claims

Patentansprüche:

1. Lichtbogen-Plasmastrahlgenerator, bestehend aus einer stabförmigen Kathode, einer zu dieser koaxial angeordneten düsenförmigen Anode und einem diese beiden Elektroden miteinander verbindenden, elektrisch isolierenden Zwischenstück sowie einem Kühlwassersystem, das einen einzigen Zufluß und einen einzigen Abfluß aufweist und bei dem das Kühlwasser nacheinander die Kathode, das Zwischenstück und die Anode durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlwasserzufuhr mittels eines koaxial zur Kathode (5) angeordneten Rohres erfolgt, das das Kühlwasser auf die Rückseite der Kathode richtet, daß die Rückseite der Kathode eine axiale Ausnehmung (c) aufweist und die Seitenwände dieser Ausnehmung mit öffnungen (e) versehen sind, von denen aus das Kühlwasser in radialer Richtung ausströmt und in axial gerichtete Kanäle (n) einströmt, von denen mehrere in dem Zwischenstück (4) auf einer zylindrischen oder konischen Fläche angeordnet sind, und daß die Anode (13) von dem aus dem Zwischenstück austretenden Kühlwasser mittels eines koaxial zum Plasmastrahl in derselben angeordneten Kühlmittelkanals angeströmt ist und das Kühlmittel aus der Anode in radialer Richtung aus einer Anzahl von öffnungen (r) austritt.

2. Generator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine am kathodenseitigen Ende des Zwischenstücks (4), welches die Außenwand der Kathodenhalterung (b) abdichtend umschließt, vorgesehene ringförmige Ausnehmung (7), in welche die axialen Kanäle (n) des Zwischenstücks (4) und die radialen Kanäle (e) der Kathodenhalterung (b) münden.

3. Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenhalterung (fc) einen Umfangsflansch hat, durch den sich die radialen Kanäle (e) erstrecken, und die Kathode (5) zwischen der Lage, in welcher die anodenseitige Fläche des Umfangsflansches an der kathodenseitigen Stirnwand der Ausnehmung (7) des Zwischenstücks (4) anliegt, und der Lage, in welcher die gegenüberliegende Seite des Umfangsflansches an der Stirnseite (6) eines Abschlußteils (2) anliegt, durch Anordnen von Zwischenscheiben an der Stirnseite (6) des Abschlußteils (2) axial verstellbar ist.

4. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die das Zwischenstück (4) und die Anode (13) außenseitig abdichtend umschließende Anodenhalterung (10) eine radial nach innen vorstehende Leitfläche (11) hat, welche die radiale Strömung in dem anodenseitigen Mündungsraum (t) der axialen Kanäle (n) des Zwischenstücks (4) in eine axiale Strömung um die Anode (13) umlenkt und diesen Mündungsraum (r) von der Ringkammer (12) trennt, in welche die radialen öffnungen (r) münden, die das Kühlmittel von der Anode (13) wegführen.