DE19825555A1 - Lichtbogen-Plasmagenerator - Google Patents
Lichtbogen-PlasmageneratorInfo
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Abstract
Vorliegende Erfindung betrifft die Aufgabe, bei einem Lichtbogen-Plasmagenerator einen erhöhten Gasfluß zu gewährleisten. Hierzu wird ein Lichtbogen-Plasmagenerator mit einer Anode (2) und einer Katode (3) vorgeschlagen, bei welchem einem Entladungsraum (16) ein Fluid über einen ersten anodenseitigen Fluidstrom und einen zweiten katodenseitigen Fluidstrom zugeführt wird und ein dritter Fluidstrom vorgesehen ist, durch welchen das Fluid dem Entladungsraum (16) zuströmt. Des weiteren wird ein wärmeleitfähiger Körper vorgesehen, der wenigstens einen Kanal mit regelmäßigen Begrenzungswänden und wenigstens einen gewendelten Strömungskanal an einer entladungsraumseitigen Stirnfläche aufweist. Darüber hinaus kann ein hülsenartiger Einsatz (11) vorgesehen sein, der mit einem an seiner Außenfläche befindlichen Kanal, einem anodenseitigen gewendelten Strömungskanal und Bohrungen versehen ist.
Description
Die Erfindung betrifft einen Lichtbogen-Plasmagenerator (Plasmatron).
Insbesondere betrifft die Erfindung einen Lichtbogen-Plasmagenerator, bei
welchem in einem Entladungsraum mittels eines plasmabildenden Mediums ein
Plasma erzeugt und ein wärmeleitfähiger Körper mit einem Reservoir verbunden
ist, in welchem ein Arbeitsmedium zur Bereitstellung des plasmabildenden
Mediums gespeichert ist. Desweiteren betrifft die Erfindung einen Licht
bogen-Plasmagenerator, bei welchem in einem Entladungsraum mittels eines
plasmabildenden Mediums ein Plasma erzeugt wird und der Entladungsraum
zumindest teilweise von wenigstens einem Einsatz umgeben ist. Darüberhinaus
betrifft vorliegende Erfindung einen Lichtbogen-Plasmagenerator, bei welchem
einem Entladungsraum ein Fluid über einen ersten anodenseitigen Fluidstrom und
einen zweiten kathodenseitigen Fluidstrom zugeführt wird.
Insbesondere ist vorliegende Erfindung für Plasmageneratoren anwendbar, bei
welchen Dampf, vorzugsweise Wasserdampf, als plasmabildendes Medium
Verwendung findet.
Ein derartiger Lichtbogen-Plasmagenerator ist zum Beispiel aus der
WO-A2-95/17278 bekannt. Hierbei sind an einem Gehäuse eine als Düse ausgestaltete
Anode und eine Stabkathode entsprechend axial zueinander angeordnet. Die Kathode
ist in einem Entladungsraum angeordnet, der von einem in dem Gehäuse
befindlichen hülsenartigen Einsatz aus wärmeleitfähigem Material umgeben ist.
An der der Anode abgewandten Seite des hülsenartigen Einsatzes ist axial ein
Rohr aus wärmeleitfähigem Material vorgesehen, welches sich mittels eines
Flansches an dem hülsenartigen Einsatz abstützt. In diesem Rohr ist elektrisch
isoliert ein Kathodenhalter für die Kathode angebracht. In dem Flansch sind Kanäle
vorhanden, die einerseits zu dem Entladungsraum hinführen und andererseits mit
einem porösen Material in Kontakt stehen, welches an der der Anode
abgewandten Seite des Flansches angeordnet ist und seinerseits ebenfalls, wie
Flansch und Rohr, eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Das poröse Material
steht mit einem Wasserreservoir in Kontakt, welches das wärmeleitfähige Rohr
umschließt.
Der hülsenartige Einsatz seinerseits weist an seiner Außenfläche sowie an seiner
der Anode zugewandten Seite Kanäle auf.
Die mit Zündung des Lichtbogens zwischen den Elektroden freiwerdende
Wärmeenergie bewirkt eine fortschreitende Verdampfung des in dem porösem
Material gespeicherten Wassers, wobei der erzeugte Dampf durch die Kanäle in
die Entladungskammer eintritt. Der dabei entstehende Plasmastrahl wird durch
die als Düse ausgebildete Anode abgeführt. Der für den Betrieb des Generators
notwendige Überdruck wird gleichfalls durch den Verdampfungsprozeß
bereitgestellt. Der durch die Kanäle geführte Wasserdampf dient desweiteren zur
Kühlung der Anode und der Kathode.
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung einen Lichtbogen-Plasmagenerator
bereitzustellen, der mit einem erhöhten Gasdruck arbeitet.
Hierfür schlägt die Erfindung einen Lichtbogen-Plasmagenerator, bei welchem
einem Entladungsraum ein Fluid über einen ersten anodenseitigen Fluidstrom und
einen zweiten kathodenseitigen Fluidstrom zugeführt wird, wobei ein dritter
Fluidstrom vorgesehen ist, durch welchen ebenfalls Fluid dem Entladungsraum
zugeführt wird. Hierbei kann der dritte Fluidstrom zwischen dem ersten und dem
zweiten Fluidstrom angeordnet und dem Entladungsraum zugeführt werden. Das
Fluid kann zum einen ein plasmabildendes Medium, wie zum Beispiel
Wasserdampf, umfassen. Andererseits kann das Fluid ein lediglich als Kühlmittel
dienendes Medium umfassen. Vorzugsweise, zum Beispiel bei der Verwendung
von Wasserdampf, dient das Fluid sowohl als Kühlmittel als auch als
plasmabildendes Medium.
Durch das Vorsehen eines dritten Fluidstroms läßt sich die Gasrate in
vorteilhafter Weise erhöhen. Insbesondere ist es, wenn der dritte Fluidstrom
zwischen dem anoden- und dem kathodenseitigen Fluidstrom angeordnet ist,
möglich, die Entfernung zwischen Anode und Kathode zu erhöhen. Hierdurch ist
eine Steigerung der Arbeitstemperatur des Plasmastrahles und des
Energieeintrages am zu bearbeitenden Werkstück möglich. Die erfindungsgemäße
Erhöhung der Gasrate bedingt desweiteren eine erforderliche, erhöhte Kühlung
der Elektroden.
Es versteht sich hierbei, daß der Entladungsraum nicht unbedingt ein nach allen
Seiten abgeschlossener Raum sein muß. Vielmehr bezeichnet der Begriff
"Entladungsraum", das räumliche Gebiet, in welchem die Entladung zwischen
Anode und Kathode stattfindet und somit das Plasma erzeugt wird.
Zur Bereitstellung der hohen Gasrate schlägt die Erfindung desweiteren einen
Lichtbogen-Plasmagenerator vor, bei welchem in einem Entladungsraum mittels
eines plasmabildenden Mediums ein Plasma erzeugt wird und ein
wärmeleitfähiger Körper mit einem Reservoir verbunden ist, in welchem ein
Arbeitsmedium zur Bereitstellung des plasmabildenden Mediums gespeichert ist,
wobei der wärmeleitfähige Körper reservoirseitig Öffnungen mit zumindest zwei
wenigstens in Öffnungsrichtung regelmäßigen Begrenzungswänden aufweist.
Die regelmäßigen Begrenzungswände des erfindungsgemäßen wärmeleitfähigen
Körpers erlauben im Gegensatz zu den bekannten porösen Materialien einen
wesentlich besseren Fluidtransport. Auf diese Weise kann das Arbeitsmedium
wesentlich einfacher mit dem wärmeleitfähigen Körper in Kontakt gebracht
werden. Ebenso ermöglichen die regelmäßigen Begrenzungswände, daß ein
plasmabildendes Medium, wie zum Beispiel Wasserdampf, wesentlich einfacher
von dem wärmeleitfähigen Körper weg bzw. an diesem entlang transportiert
werden kann. Durch diesen vereinfachten Transport kann bei dieser Anordnung
in vorteilhafter Weise eine wesentlich höhere Gasrate bereitgestellt werden.
Hierbei zeichnen sich die regelmäßigen Begrenzungswände durch ihre vollständig
andere Geometrie als die unregelmäßige Struktur eines porösen Materials aus.
Eine erfindungsgemäße Öffnung weist somit zumindest zwei Wände auf, die
relativ gleichförmig in den wärmeleitfähigen Körper einkragen. Hierbei können
die Wände parallel zueinander, aber auch in einem Winkel zueinander angeordnet
sein. Vorteilhafter Weise sind die Begrenzungswände derart angeordnet, daß das
Arbeitsmedium durch Kapillarkräfte in die Öffnung transportiert wird. Hierdurch
wird in besonders vorteilhafter Weise eine große Menge Arbeitsmedium zu dem
wärmeleitfähigen Körper transportiert und es kann eine entsprechend hohe
Gasrate erzeugt werden.
Zur Erzeugung einer hohen Gasrate schlägt vorliegende Erfindung desweiteren
einen Lichtbogen-Plasmagenerator vor, bei welchem in einem Entladungsraum
mittels eines plasmabildenden Mediums ein Plasma erzeugt wird und ein
wärmeleitfähiger Körper mit einem Reservoir verbunden ist, in welchem ein
Arbeitsmedium zur Bereitstellung des plasmabildenden Mediums gespeichert ist,
wobei der wärmeleitfähige Körper wenigstens einen zum Entladungsraum hin
weisenden, zum Reservoir hin offenen Kanal aufweist. Ein derartiger Kanal
gewährleistet, im Gegensatz zu den bekannten porösen Strukturen, einen
schnellen Transport des Arbeitsmediums bzw. eines plasmabildenden Mediums
zu dem Entladungsraum. Insbesondere ist es bei einer derartigen Anordnung
möglich, daß das Arbeitsmedium reservoirseitig in den Kanal eindringen und in
diesem verdampfen kann, wenn es eine Stelle des wärmeleitfähigen Körpers
erreicht hat, die eine entsprechende Temperatur aufweist. Die restliche Strecke
des Kanals in Richtung auf den Entladungsraum kann dann in diesem Kanal das
verdampfte Medium, zum Beispiel als plasmabildendes Medium, transportiert
werden. Ein derartiger Transport ist insbesondere auch dann möglich, wenn sich
außerhalb des Kanals noch unverdampftes Arbeitsmedium befindet.
Hierbei zeichnet sich ein erfindungsgemäßer Kanal gegenüber den zufälligen,
verschlungenen und sich verzweigenden Wegen eines porösen Körpers dadurch aus,
daß er einen verhältnismäßig gradlinigen Weg für das in ihm strömende Medium
bedingt. Einzelne Verzweigungen oder Verengungen, z. B. konstruktionsbedingte
Übergänge, ändern hierbei an der erfindungsgemäßen Reduktion des
Strömungswiderstandes aufgrund derartiger Kanäle nichts.
Durch den schnellen Transport vom Arbeitsmedium bzw. plasmabildenden
Mediums wird die Gasrate sowie die Verdampfungsrate in erfindungsgemäßer
Weise erhöht.
Vorliegende Erfindung schlägt darüber hinaus vor, bei einem Lichtbogen-Plasma
generator, bei welchem in einem Entladungsraum mittels eines
plasmabildenden Mediums ein Plasma erzeugt wird und ein wärmeleitfähiger
Körper mit einem Reservoir verbunden ist, in welchem ein Arbeitsmedium zur
Bereitstellung des plasmabildenden Mediums gespeichert ist, die Gasrate dadurch
zu erhöhen, daß der wärmeleitfähige Körper entladungsraumseitig eine Stirnfläche
aufweist, die mit zumindest einem gewendelten Strömungskanal versehen ist.
Durch eine derartige Anordnung wird das plasmabildende Medium mit Wirbeln
dem Entladungsraum zugeführt. Eine derartige Verwirbelung bedingt,
insbesondere wenn das Plasma durch eine enge Düse geführt werden muß, die
Möglichkeit einer höheren Gasrate.
Es versteht sich, daß im vorliegenden Zusammenhang der Begriff
"entladungsraumseitig" nicht unbedingt eine direkt an den Entladungsraum
grenzende Seite des wärmeleitfähigen Körpers bezeichnen muß. Vielmehr
bezeichnet im vorliegenden Zusammenhang der Begriff "entladungsraumseitig"
eine Seite des wärmeleitfähigen Körpers, die dem Entladungsraum zugewandt ist.
Insbesondere betrifft dieser Begriff die Seite des wärmeleitfähigen Körpers, die
zuletzt mit dem plasmabildenden Medium in Kontakt steht, wenn dieses zu dem
Entladungsraum strömt.
Vorzugsweise ist der Strömungskanal mit einem zum Reservoir hin offenen Kanal
des wärmeleitfähigen Körpers verbunden. Hierdurch kann der
Strömungswiderstand, der durch den wärmeleitfähigen Körper bedingt ist, weiter
reduziert werden.
Vorzugsweise ist das Reservoir mit einem flüssigkeitssorbierenden Material
gefüllt und wird vor Gebrauch des Generators mit dem Arbeitsmedium befüllt.
Es versteht sich, daß andererseits das Reservoir als kontinuierlich gefülltes
Reservoir ausgestaltet sein kann.
Ein besonders einfacher konstruktiver Aufbau des wärmeleitfähigen Körpers
folgt, wenn dieser eine lamellenartige Oberfläche aufweist. Durch die Lamellen
können in einfacher Weise erfindungsgemäße Öffnungen mit regelmäßigen
Begrenzungswänden bereitgestellt werden.
Desweiteren kann der wärmeleitfähige Körper zylinderformig ausgestaltet sein.
Dieses kommt einer rotationssymmetrischen Anordnung von Anode und Kathode
entgegen. In diesem Falle kann auf der Oberfläche des wärmeleitfähigen Körpers
ein spiralförmiger Kanal ausgebildet sein. Hierdurch wird eine besonders
gleichförmige Verdampfung entlang des Kanals gewährleistet, was ebenfalls einer
hohen Gasrate zugute kommt.
Insbesondere kann dieser Kanal durch dünne Wände, also lamellenartige Wände,
begrenzt sein. Dieses bedingt einen besonders gleichförmigen Wärmeeintrag in
den Kanal und somit auch eine entsprechend gleichförmige Verdampfung.
Kumulativ hierzu bedingen die regelmäßigen Begrenzungswände der
lamellenartigen Struktur einen guten Fluidtransport durch den Kanal.
Bei geeigneter Wahl des Lamellenabstandes bzw. der Kanalbreite fördern
darüberhinaus Kohäsionskräfte den Transport des Arbeitsmediums bis hin zu der
Stelle des Kanals, an welcher die Verdampfung einsetzt.
Desweiteren läßt sich bei einem Lichtbogen-Plasmagenerator, bei welchem in
einem Entladungsraum mittels eines plasmabildenden Mediums ein Plasma
erzeugt wird und der Entladungsraum zumindest teilweise von wenigstens einem
Einsatz umgeben ist, der an einer Außenfläche wenigstens einen Kanal aufweist,
die Gasrate dadurch erhöhen, daß der Kanal des Einsatzes durch eine
lamellenartige Struktur gebildet ist. Durch die lamellenartige Struktur wird
einerseits ein möglichst großer Kanalquerschnitt gewährleistet. Anderseits bedingt
die lamellenartige Struktur einen hohen Oberflächenkontakt mit dem in den
Kanälen strömenden Fluid. Da der Einsatz aufgrund seiner Nähe zu dem
Entladungsraum aufgeheizt wird, wird hierdurch in vorteilhafter Weise für eine
hohe Temperatur des plasmabildenden Mediums gesorgt und andererseits der
Einsatz vorteilhaft gekühlt.
Darüber hinaus schlägt vorliegende Erfindung zur Erhöhung der Dampfrate bei
einem Lichtbogen-Plasmagenerator, bei welchem in einem Entladungsraum
mittels eines plasmabildenden Mediums ein Plasma erzeugt wird und der
Entladungsraum zumindest teilweise von wenigstens einem Einsatz umgeben ist,
der an einer einer Anode zugewandten Seite wenigstens einen Strömungskanal
aufweist, vor, diesen Strömungskanal gewendelt auszugestalten. Die durch die
Wendelung eingebrachten Wirbel erhöhen vorteilhafterweise den Gesamtgasfluß,
vorstehend in Bezug auf die Strömungskanäle an dem wärmeleitfähigen Körper
erläutert.
Vorteilhafterweise ist der Strömungskanal mit zumindestens einem Kanal auf
einer Außenfläche des Einsatzes verbunden, so daß auch an dieser Stelle ein
möglichst ungehinderter Gasfluß gewährleistet ist.
Auch kann nach vorliegender Erfindung der Gasfluß dadurch erhöht werden, daß
bei einem Lichtbogen-Plasmagenerator, bei welchem in einem Entladungsraum
mittels eines plasmabildenden Mediums ein Plasma erzeugt wird und der
Entladungsraum zumindest teilweise von wenigstens einem Einsatz umgeben ist,
der Einsatz zumindest eine Bohrung aufweist, die von einer Außenfläche des
Einsatzes zu dem Entladungsraum hinführt. Der hierdurch bereitgestellte,
zusätzliche Fluidkanal dient neben der Erhöhung des Gesamtgasstromes auch
einen zusätzlichen Eintrag an plasmabildendem Medium in den Entladungsraum.
Durch diesen zusätzlichen Eintrag ist es möglich, Kathode und Anode weiter
voneinander zu entfernen, so daß eine höhere Variabilität in Arbeitstemperatur
und Energieeintrag am Werkstück gewährleistet werden kann.
Eine einfache Herstellung des erfindungsgemäßen Einsatzes folgt, wenn die
Bohrung radial ausgerichtet ist.
Ist der Einsatz als hülsenartiger Einsatz ausgestaltet und weist eine im
wesentlichen zylindrische Außenfläche auf, so kommt diese einer
rotationssymmetrischen Anordnung von Anode, Kathode und Entladungsraum
entgegen.
Es versteht sich, daß vorstehende Merkmale auch einzeln bzw. in einzelner
Kombination untereinander, einen Lichtbogen-Plasmagenerator mit
erfindungsgemäß hoher Gasrate bereitstellen. Andererseits versteht es sich, daß
diese Merkmale besonders im Zusammenwirken miteinander einen entsprechend
hohen Gasfluß gewährleisten. So kann durch eine erfindungsgemäß gesteigerte
Erzeugung an plasmabildendem Medium und eine erfindungsgemäße Reduktion
des Strömungswiderstandes eine zwei- bis dreimal höhere Gasrate erzielt werden.
Auf diese Weise läßt die beschriebene Konstruktion die Erzeugung eines
verbesserten Plasmastrahles, insbesondere eines eingeschnörteren Plasmastrahles
zu, der zu wesentlich gesteigerten Qualitätscharakteristika am zu bearbeitenden
Werkstück, wie Schnittdicke, Schnittgüte, Schnittgeschwindigkeit, zulässige
Bartbildung u. ä. führt.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften eines erfindungsgemäßen Licht
bogen-Plasmagenerators werden aus nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnung
ersichtlich, in welcher beispielhaft ein erfindungsgemäßer Licht
bogen-Plasmagenerator dargestellt ist. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Lichtbogen-Plasmagenerator im Schnitt,
Fig. 2 den wärmeleitenden Körper des Lichtbogen-Plasmagenerators nach
Fig. 1 in teilweise geschnittener, schematischer Darstellung,
Fig. 3 den wärmeleitenden Körper nach Fig. 2 in Frontansicht,
Fig. 4 den wärmeleitenden Körper nach Fig. 2 in Rückansicht,
Fig. 5 den hülsenartigen Einsatz des Lichtbogen-Plasmagenerators nach
Fig. 1 in ähnlicher Darstellung wie Fig. 2 und
Fig. 6 den hülsenartigen Einsatz nach Fig. 5 in Frontansicht.
Der in den Figuren dargestellte Lichtbogen-Plasmagenerator umfaßt ein Gehäuse
1, an welchem eine als Düse ausgestaltete Anode 2 und eine Stabkathode 3,
welche durch einen Kathodenhalter 4 gehalten wird, axial angeordnet sind.
Zwischen Anode 2 und Kathode 3 ist ein Entladungsraum 16 gebildet. In dem
Gehäuse 1 ist desweiteren ein hülsenartiger Einsatz 11 angeordnet, der den
Entladungsraum 16 teilweise umgibt.
An der der Anode 2 abgewandten Seite des hülsenartigen Einsatzes 11 ist ein
wärmeleitfähiger Körper 5 abgestützt. Dieser wärmeleitfähige Körper 5 ist
zylinderförmig ausgestaltet und umschließt den Kathodenhalter 4, wobei zwischen
Kathodenhalter 4 und wärmeleitfähigem Körper 5 ein Isolator 4' vorgesehen ist.
Radial außen ist der wärmeleitfähige Körper 5 mit einem Reservoir 6 in Kontakt,
welches mit einem flüssigkeitssorbierenden Material 10 gefüllt ist.
Im Detail (siehe Fig. 2 bis 4) weist der wärmeleitfähige Körper 5
entladungsraumseitig eine angefaste Stirnfläche 7 auf. In dieser angefasten
Stirnfläche 7 sind gewendelte Strömungskanäle 8 als Nuten ausgebildet.
Darüberhinaus weist der wärmeleitfähige Körper 5 in seinem zylinderförmigen
Bereich Kanäle 9 auf (nur teilweise geschnitten dargestellt). Diese Kanäle 9
werden durch eine lamellenartige Struktur gebildet und weisen hierbei Öffnungen
9' auf, die durch zwei regelmäßige Begrenzungswände 9'' begrenzt sind. Bei
vorliegendem Ausführungsbeispiel sind vier Kanäle 9 vorgesehen, die parallel
zueinander, spiralförmig auf der Oberfläche des zylinderförmigen Körpers 5
angeordnet sind. Jeder dieser Kanäle 9 mündet in einen der gewendelten
Strömungskanäle 8 an der Stirnfläche 7.
Die zylinderförmige Oberfläche des hülsenartigen Einsatzes ist ähnlich der
Oberfläche des wärmeleitfähigen Körpers 5 ausgestaltet (siehe Fig. 5). Auch der
hülsenartige Einsatz 11 weist an seiner zylinderförmigen Oberfläche Kanäle 14
auf, die in gewendelte Strömungskanäle 13 münden. Die gewendelten
Strömungskanäle 13 sind an einer angefasten Stirnfläche 12 ausgebildet, die in
montiertem Zustand an der Anode 2 anliegt (siehe Fig. 1). Von der
zylinderförmigen Oberfläche des hülsenartigen Einsatzes 11 gehen desweiteren
Bohrungen 15 aus, die radial auf den Entladungsraum 16 zuweisen. Desweiteren
weist der hülsenartige Einsatz 11 an seiner dem wärmeleitfähigen Körper 5
zugewandten Seite eine angefaste Kontaktfläche 17 auf. Die Fasen von angefaster
Kontaktfläche 17 und angefaster Stirnfläche 7 sind derart gewählt, daß
hülsenartiger Einsatz 11 und wärmeleitfähiger Körper 5 in montiertem Zustand
stabil aneinander anliegen (siehe Fig. 1).
Die angefasten Flächen 7, 12 und 17 sowie die Innenseite der Anode 2 sind
derart ausgestaltet, daß in montiertem Zustand die gewendelten Strömungskanäle
8 bzw. 13 allseitig umschlossen gebildet werden.
Zum Betrieb wird zunächst das Reservoir 6 mit einer entsprechenden
Arbeitsflüssigkeit, zum Beispiel Wasser, gefüllt, zwischen Anode 2 und Kathode
3 eine Spannung gelegt und ein Lichtbogen zwischen Anode 2 und Kathode 3
gezündet, indem die Kathode 3 auf die Anode 2 zu bewegt wird. Durch die im
Entladungsraum 16 freiwerdende Wärmeenergie wird der wärmeleitfähige Körper
5 erwärmt und es verdampft die in den Kanälen 9 befindliche Arbeitsflüssigkeit.
Hierdurch wird ein entsprechender Überdruck erzeugt und der Wasserdampf, als
plasmabildendes Medium, durch die Kanäle 9 und den gewendelten
Strömungskanal 8 des wärmeleitfähigen Körpers 5 sowie durch die Kanäle 14,
die gewendelten Strömungskanäle 13 und die Bohrungen 15 des hülsenartigen
Einsatzes 11 zu dem Entladungsraum 16 geführt. Durch die gewendelten
Strömungskanäle 8 und 13 sowie durch die spiralförmigen Kanäle 9 und 14 wird
das gasförmige Medium in eine rotierende Bewegung versetzt. Hierdurch wird
ein besonders eingeschnürter Plasmastrahl mit einer hohen Arbeitstemperatur und
hoher Gasrate gewährleistet.
Desweiteren dient das über die gewendelten Strömungskanäle 8 sowie die
Bohrungen 15 strömende gasförmige Medium der Kühlung der Kathode 3,
während die Kühlung der Anode 2 vorrangig durch das durch die gewendelten
Strömungskanäle 13 strömende gasförmige Medium erfolgt. Die Kühlung des
hinteren Teils des Kathodenhalters 4 sowie des wärmeleitfähigen Körpers 5 ist
durch geeignete konstruktive Ausgestaltung der Gesamtanordnung und die
hierdurch bedingte, ausreichend hohe Gas- bzw. Verdampfungsrate gewährleistet.
In dem Entladungsraum 16 wird der eintretende Gasstrom durch den Lichtbogen
ionisiert, hochtemperiert und in ein Plasma überführt. Er tritt als rotierender und
eng eingeschnürter Plasmastrahl durch die Anode 2 aus.
Claims (19)
1. Lichtbogen-Plasmagenerator, bei welchem einem Entladungsraum (16) ein
Fluid über einen ersten anodenseitigen Fluidstrom und einen zweiten
kathodenseitigen Fluidstrom zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
ein dritter Fluidstrom, dem Entladungsraum (16) zugeführt wird.
2. Lichtbogen-Plasmagenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der dritte Fluidstrom zwischen dem ersten und dem zweiten
Fluidstrom dem Entladungsraum (16) zugeführt wird.
3. Lichtbogen-Plasmagenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Fluid ein plasmabildendes Medium umfaßt.
4. Lichtbogen-Plasmagenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid ein kühlendes Medium umfaßt.
5. Lichtbogen-Plasmagenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der erste und/oder der zweite
Fluidstrom über einen gewendelten Strömungskanal (8, 13) dem
Entladungsraum (16) zugeführt wird.
6. Lichtbogen-Plasmagenerator, insbesondere nach einem der Ansprüche 1
bis 5, bei welchem in einem Entladungsraum (16) mittels eines
plasmabildenden Mediums ein Plasma erzeugt wird und ein
wärmeleitfähiger Körper (5) mit einem Reservoir (6) verbunden ist, in
welchem ein Arbeitsmedium zur Bereitstellung des plasmabildenden
Mediums gespeichert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der
wärmeleitfähige Körper (5) reservoirseitig Öffnungen (9') mit zumindest
zwei wenigstens in Öffnungsrichtung regelmäßigen Begrenzungswänden
(9'') aufweist.
7. Lichtbogen-Plasmagenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die zwei Begrenzungswände (9'') derart beabstandet sind, daß das
Arbeitsmedium durch Kapillarkräfte in die Öffnung (9') transportiert wird.
8. Lichtbogen-Plasmagenerator, insbesondere nach einem der Ansprüche 1
bis 7, bei welchem in einem Entladungsraum (16) mittels eines
plasmabildenden Mediums ein Plasma erzeugt wird und ein
wärmeleitfähiger Körper (5) mit einem Reservoir (6) verbunden ist, in
welchem ein Arbeitsmedium zur Bereitstellung des plasmabildenden
Mediums gespeichert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der
wärmeleitfähige Körper (5) wenigstens einen zum Entladungsraum (16)
hinweisenden, zum Reservoir (6) hin offenen Kanal (9) aufweist.
9. Lichtbogen-Plasmagenerator, insbesondere nach einem der Ansprüche 1
bis 8, bei welchem in einem Entladungsraum (16) mittels eines
plasmabildenden Mediums ein Plasma erzeugt wird und ein
wärmeleitfähiger Körper (5) mit einem Reservoir (6) verbunden ist, in
welchem ein Arbeitsmedium zur Bereitstellung des plasmabildenden
Mediums gespeichert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der
wärmeleitfähige Körper (5) entladungsraumseitig eine Stirnfläche (7)
aufweist, die mit zumindest einem gewendelten Strömungskanal (8)
versehen ist.
10. Lichtbogen-Plasmagenerator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Strömungskanal (8) mit einem zum Reservoir (6) hin offenen
Kanal (9) des wärmeleitfähigen Körpers (5) verbunden ist.
11. Lichtbogen-Plasmagenerator nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der wärmeleitfähige Körper (5) eine lamellenartige
Oberfläche aufweist.
12. Lichtbogen-Plasmagenerator nach einem Ansprüche 6 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der wärmeleitfähige Körper (5) zylinderförmig
ausgebildet und auf seiner Oberfläche wenigstens ein spiralförmiger Kanal
(9) vorgesehen ist.
13. Lichtbogen-Plasmagenerator, insbesondere nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei welchem in einem Entladungsraum (16) mittels eines
plasmabildenden Mediums ein Plasma erzeugt wird und der
Entladungsraum (16) zumindest teilweise von wenigstens einem Einsatz
(11) umgeben ist, der an einer Außenfläche wenigstens einen Kanal (14)
aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (14) durch eine
lamellenartige Struktur gebildet ist.
14. Lichtbogen-Plasmagenerator, insbesondere nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei welchem in einem Entladungsraum (16) mittels eines
plasmabildenden Mediums ein Plasma erzeugt wird und der
Entladungsraum (16) zumindest teilweise von wenigstens einem Einsatz
(11) umgeben ist, der an einer einer Anode (2) zugewandten Seite
wenigstens einen Strömungskanal (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Strömungskanal (13) gewendelt ist.
15. Lichtbogen-Plasmagenerator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß der Strömungskanal (13) mit zumindest einem Kanal (14) auf einer
Außenfläche des Einsatzes (11) verbunden ist.
16. Lichtbogen-Plasmagenerator, insbesondere nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei welchem in einem Entladungsraum (16) mittels eines
plasmabildenden Mediums ein Plasma erzeugt wird und der
Entladungsraum (16) zumindest teilweise von wenigstens einem Einsatz
(11) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (11)
zumindest eine Bohrung (15) aufweist, die von einer Außenfläche des
Einsatzes (11) zu dem Entladungsraum (16) hinführt.
17. Lichtbogen-Plasmagenerator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bohrung (15) radial auf den Entladungsraum (16) ausgerichtet ist.
18. Lichtbogen-Plasmagenerator nach einem der Ansprüche 13 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (11) als hülsenartiger Einsatz
ausgestaltet ist.
19. Lichtbogen-Plasmagenerator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß der hülsenartige Einsatz (11) eine zylindrische Außenfläche aufweist.
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