DE19842074A1

DE19842074A1 - Anode for plasma application torches

Info

Publication number: DE19842074A1
Application number: DE19842074A
Authority: DE
Inventors: Dieter Ohlensehlen; Uwe Szieslo
Original assignee: CASTOLIN GmbH; Castolin GmbH
Current assignee: ECG Immobilier SA
Priority date: 1998-09-15
Filing date: 1998-09-15
Publication date: 2000-04-06
Anticipated expiration: 2018-09-16
Also published as: EP0987930A3; EP0987930A2; DE19842074B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anode für Plasmaauftragsbrenner insbesondere zur Bodenbeschichtung enger und tiefer Sacklöcher, bestehend aus einem schlank-zylindrischen Anodenkörper (1) mit Anschlußflansch (2), von dem aus um eine die Kathodennadel (3) aufnehmende Zentralbohrung (4) weitere, im wesentlichen axial orientierte Betriebsmittelbohrungen (5) zur Anodenspitze (6) geführt sind, die als separater Spitzenansatz (6') in bohrungsfluchtender Position und mit Radialführung (7) am mit einer entsprechenden Radialführung (7') versehenen Ende (8) des Anodenkörpers (1) angeordnet ist. Nach der Erfindung ist zwischen dem Ende (8) des Anodenkörpers (1) und dem Spitzenansatz (6') mindestens ein entsprechende Bohrungen (4, 5) aufweisendes Zwischenstück (9) angeordnet, das an einem Ende (9') eine Positivradialführung (10) und am anderen Ende (9'') eine Negativradialführung (10') aufweist und an beiden Enden (9', 9'') Mittel (11) zur bohrungsgerechten Zuordnung des Zwischenstückes (9) zum Anodenkörper (1) und des Spitzenansatzes (6') zum Zwischenstück (9). DOLLAR A Damit ist die Aufgabe gelöst, trotz größerer, d. h. bisherige Längen überschreitende Längen exakte Bohrungsverläufe im Anodenkörper zu gewährleisten.The invention relates to an anode for plasma deposition torches, in particular for the bottom coating of narrow and deep blind holes, consisting of a slim-cylindrical anode body (1) with a connecting flange (2), from which a further central bore (4) accommodating the cathode needle (3), essentially axially oriented equipment bores (5) are guided to the anode tip (6), which as a separate tip attachment (6 ') are in the bore-aligned position and have a radial guide (7) at the end (8) of the anode body (1) provided with a corresponding radial guide (7') is arranged. According to the invention, between the end (8) of the anode body (1) and the tip extension (6 ') there is at least one intermediate piece (9) which has corresponding bores (4, 5) and which has a positive radial guide (10 ) and at the other end (9 '') has a negative radial guide (10 ') and at both ends (9', 9 '') means (11) for drilling-related assignment of the intermediate piece (9) to the anode body (1) and the tip attachment ( 6 ') to the intermediate piece (9). DOLLAR A This solves the task, despite larger, d. H. To ensure lengths exceeding previous lengths, exact hole profiles in the anode body.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anode für Plasmaauftragsbrenner insbesondere zur Bodenbeschichtung enger und tiefer Sacklöcher, bestehend aus einem schlank-zylindrischen Anodenkörper mit Anschlußflansch, von dem aus um eine die Kathodennadel auf nehmende Zentralbohrung weitere, im wesentlichen axial orien tierte Betriebsmittelbohrungen zur Anodenspitze geführt sind, die als separater Spitzenansatz in bohrungsfluchtender Position und mit Radialführung am mit einer entsprechenden Radialführung versehenen Ende des Anodenkörpers angeordnet ist.The invention relates to an anode for plasma application torches especially for the floor coating of narrow and deep blind holes, consisting of a slim cylindrical anode body with Connection flange, from which the cathode needle opens central bore taking further, essentially axial orien tied equipment holes are led to the anode tip, the as a separate tip in the bore aligned position and with radial guidance on with a corresponding radial guidance provided end of the anode body is arranged.

Derartige Anoden für Plasmaauftragsbrenner sind hinlänglich be kannt und in Benutzung, so daß es diesbezüglich keines besonde ren druckschriftlichen Nachweises bedarf. Hingewiesen sei je doch auf die Vergleichsfigur 7, die eine Anode der eingangs genannten, also bekannten Art zeigt.Such anodes for plasma application torches are sufficient knows and in use, so that there is none in this regard requires written proof. It should be pointed out but to the comparative figure 7, which is an anode at the beginning known, known type shows.

Um Auftragsbeschichtungen am Boden auch enger und tiefer Sack löcher oder an tieferen Rezessen von Bohrungen vornehmen zu können, müssen diese Anoden schlank-zylindrisch ausgebildet sein, d. h., Anoden bekannter Art haben bspw. einen Außen durchmesser von 10 mm und eine maximale Länge von ca. 100 mm, wobei die maximale Länge, die bislang nicht überschritten werden konnte, ihren Grund darin hat, daß die notwendigen Bohrungen für die Betriebsmittel (Schutzgas, Brenngas, Kühlmittel, Auftragspulver) bei größeren Längen des Anoden körpers selbst mit besonderen Hilfsmitteln und Werkzeugen nicht mehr verlaufsgenau in den Anodenkörper eingebracht werden können.For narrow and deep bags to order coatings on the floor holes or make deeper recesses of holes can, these anodes must be slim-cylindrical be d. that is, anodes of known type have an outside, for example diameter of 10 mm and a maximum length of approx. 100 mm, being the maximum length that has not exceeded so far could be due to the fact that the necessary Holes for the equipment (protective gas, fuel gas, Coolant, application powder) for longer anode lengths not even with special aids and tools more accurate in the anode body can.

Hohe Verlaufsgenauigkeit ist jedoch nicht nur wegen der notwen digen genauen Bohrungsfluchtung zwischen Ende Anodenkörper und Spitzenansatz erforderlich, sondern auch mit Rücksicht auf den geringen Querschnitt des Anodenkörpers, auf den die Bohrungen verteilt untergebracht werden müssen, wobei zu berücksichtigen ist, daß als Restwandstärken zum Teil nur wenige zehntel Milli meter zur Verfügung stehen, was bedeutet, daß erwartbare Boh rungsverläufe bei Anodenkörperlängen von 100 mm und mehr nicht hingenommen werden können. Die Direktaufbringung verschleißfe ster Beschichtungen mittels Plasmaauftragsbrennern auf Böden von engen Sacklöchern, wie auch immer diese im einzelnen gestaltet und für welche konstruktiven Zwecke diese bestimmt sein mögen, fand also bislang ihre Grenze in der bzgl. exakter Bohrungsanbringung noch herstellbaren Länge der Anodenkörper von Plasmaauftragsbrennern. Um überhaupt tiefere Sacklöcher am Boden beschichten zu können, mußte deshalb mit das Auf tragsmaterial darstellenden, per se entsprechend langen Elek troden gearbeitet werden, wobei aber praktisch der Auftrag "blind" und ohne Schutzgas durchgeführt werden mußte.However, high level accuracy is not only necessary exact bore alignment between the end of the anode body and Pointed approach required, but also with regard to the small cross section of the anode body on which the holes must be distributed, taking into account is that the residual wall thickness is sometimes only a few tenths of a milli meters are available, which means that expected Boh Development curves with anode body lengths of 100 mm and more are not can be accepted. The direct application wear most coatings using plasma applicators on floors of narrow blind holes, however these are in detail designed and for what constructive purposes it is intended So far, its limit has been found in terms of being more precise Bore attachment still producible length of the anode body of plasma guns. To deeper blind holes at all To be able to coat the floor had to be part of the job supporting material, per se correspondingly long elec treads are worked, but practically the order "blind" and had to be carried out without protective gas.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, Anoden der eingangs genannten Art und für den genannten Zweck dahingehend zu verbessern und auszubilden, daß trotz größerer d. h., bishe rige Längen überschreitender Längen exakte Bohrungsverläufe im Anodenkörper gewährleistet sind. The invention is accordingly based on the object of anodes initially mentioned type and for the purpose mentioned to improve and train that despite larger d. i.e. until now exact lengths of holes in excess lengths Anode body are guaranteed.

Diese Aufgabe ist mit einer Anode der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen dem Ende des Anodenkörpers und dem Spitzenansatz mindestens ein entspre chende Bohrungen aufweisendes Zwischenstück angeordnet ist, das an einem Ende eine Positivradialführung und am anderen Ende eine Negativradialführung aufweist und an beiden Enden Mittel zur bohrungsgerechten Zuordnung des Zwischenstückes zum Anoden körper und des Spitzenansatzes zum Zwischenstück.This task is with an anode of the type mentioned solved according to the invention in that between the end of Anode body and the tip approach correspond to at least one is arranged having intermediate holes, the positive radial guidance at one end and at the other end has a negative radial guide and means at both ends for the drilling-related assignment of the adapter to the anode body and the tip approach to the intermediate piece.

Vorteilhafte noch näher zu erläuternde Weiterbildungen ergeben sich nach den Unteransprüchen.Advantageous further developments to be explained result according to the subclaims.

Durch die erfindungsgemäße Lösung und den damit allerdings et was größeren Mehraufwand, nämlich Separatherstellung mindestens eines Zwischenstückes, können Anoden zur Verfügung gestellt werden, die wesentlich größere Längen haben können als die bislang verfügbaren Anoden für Plasmaauftragsbrenner.Through the solution according to the invention and the et what greater additional effort, namely separate production at least of an intermediate piece, anodes can be provided be that can have much greater lengths than that Previously available anodes for plasma application torches.

Die erfindungsgemäße Anode wird nachfolgend anhand der zeichne rischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigtThe anode according to the invention is shown below with reference to the drawing Rical representation of exemplary embodiments explained in more detail. It shows

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Anode mit eingesetzter Kathodennadel; Fig. 1 shows a longitudinal section through the anode with inserted cathode needle;

Fig. 2 eine Flanschansicht des Anodenkörpers; Fig. 2 is a Flanschansicht of the anode body;

Fig. 3 eine Einzeldarstellung des Zwischenstückes im Schnitt; Fig. 3 is a detail view of the intermediate part in section;

Fig. 4 einen Schnitt durch die Kathodennadel längs Linie III-III in Fig. 2 Fig. 4 is a section through the cathode needle along line III-III in Fig. 2

Fig. 5 die Anschlußseite des Spitzenansatzes; Figure 5 shows the connection side of the tip approach.

Fig. 6A, B Schnitte durch den Spitzenansatz längs Linien A-B und A-C und Fig. 6A, B sections through the tip attachment along lines AB and AC, and

Fig. 7A-7 eine Vergleichsdarstellung einer bekannten Anode in Flanschansicht (A) und als Schnitte längs der Li nien A-C und B-C. Fig. 7A-7 is a comparative view of a known anode in flange view (A) and as sections along the lines AC and BC.

Unter Verweis auf Fig. 7A bis Fig. 7C besteht die Anode nach wie vor aus einem schlank-zylindrischen Anodenkörper 1 mit An schlußflansch 2, von dem aus um eine die Kathodennadel aufneh mende Zentralbohrung 4 weitere, im wesentlichen axial orien tierte Betriebsmittelbohrungen 5 zur Anodenspitze 6 geführt sind, die als separater Spitzenansatz 6' in bohrungsfluchtender Position und mit Radialführung 7 am mit einer entsprechenden Radialführung 7' versehenen Ende 8 des Anodenkörpers 1 angeord net ist.Referring to FIGS. 7A to Fig. 7C, the anode still further before from a lean-cylindrical anode body 1 having on end flange 2, from which a Transd the cathode needle Mende central bore 4, substantially axially orien-oriented resources holes 5 to the anode tip 6 are guided, which is net as a separate tip extension 6 'in the bore-aligned position and with radial guide 7 at the end 8 provided with a corresponding radial guide 7 ' of the anode body 1 .

Für diese Anode ist nun unter Bezug auf Fig. 1 wesentlich, daß zwischen dem Ende 8 des Anodenkörpers 1 und dem Spitzenansatz 6' mindestens ein entsprechende Bohrungen 4, 5 aufweisendes Zwischenstück 9 angeordnet ist, das an einem Ende 9' eine Posi tivradialführung 10 und am anderen Ende 9" eine Negativradial führung 10' aufweist und an beiden Enden 9', 9" Mittel 11 zur bohrungsgerechten Zuordnung des Zwischenstückes 9 zum Anoden körper 1 und des Spitzenansatzes 6' zum Zwischenstück 9.For this anode, it is essential with reference to FIG. 1 that between the end 8 of the anode body 1 and the tip extension 6 'at least one corresponding bore 4 , 5 having intermediate piece 9 is arranged, which at one end 9 ' a positive radial guide 10 and at the other end 9 "has a negative radial guide 10 'and at both ends 9 ', 9 " means 11 for hole-appropriate assignment of the intermediate piece 9 to the anode body 1 and the tip extension 6 'to the intermediate piece 9 .

Das problemlos bezüglich "verlaufsfreier" Bohrungen 4, 5 her stellbare Zwischenstück 9 ist in Fig. 3 nochmals separat darge stellt, bei dem in bevorzugter Ausführungsform die Mittel 11 zur bohrungsgerechten Zuordnung aus Sackbohrungen 11' und darin angeordneten Stiften 11" (siehe Fig. 1) gebildet sind. Bevorzugt wird diese Ausführungsform deshalb, weil sie am ein fachsten herstellbar ist, denn andere, ohne weiteres vorstell bare "Fluchtungsmittel", bspw. Nut- und Federausbildungen mit Kleinstabmessungen, würden einen wesentlich größeren Aufwand verlangen.The intermediate piece 9, which is easily adjustable with respect to "smooth" bores 4 , 5, is again shown separately in FIG. 3, in which, in a preferred embodiment, the means 11 for drilling-related assignment of blind bores 11 ′ and pins 11 arranged therein (see FIG. 1 This embodiment is preferred because it is the easiest to manufacture, because other, easily conceivable "alignment means", for example tongue and groove designs with small rod dimensions, would require a considerably greater effort.

Der eigentliche Anodenkörper 1, den es zu verlängern gilt, ist, wie bisher auch schon, ebenso bzgl. verlaufsfreier Bohrungen problemlos herzustellen, was aber nicht mehr gewährleistet wäre, wenn der Anodenkörper 1 die in Fig. 1 dargestellte Ge samtlänge der Anode hätte.The actual anode body 1, which has to be extended, is how far already, just with respect to manufacture runs free holes easily., But this would no longer be guaranteed if the anode body 1 total length Ge shown in FIG. 1, the anode could.

Nach dem Zusammenstecken der Einzelteile, d. h., des Anodenkör pers 1, des Zwischenstückes 9 und des Spitzenansatzes 6' mit Hilfe entsprechender Verstiftung der Sackbohrungen 11', was keiner näheren Erläuterung bedarf, werden diese Teile einem Lötprozeß unterworfen, und die ganze Anode wird überdreht und gegf. überschliffen.After assembling the individual parts, ie, the anode body 1 , the intermediate piece 9 and the tip extension 6 'with the appropriate pinning of the blind holes 11 ', which requires no further explanation, these parts are subjected to a soldering process, and the entire anode is overturned and if applicable ground.

Insbesondere mit Rücksicht auf die damit erreichte relativ große Länge, die besonders leicht dazu führt, daß die Anode bei ihrer Handhabung mit den Bohrungswandungen oder Öffnungsrändern in Berührung kommt, ist vorteilhaft vorgesehen, den An odenkörper 1 einschließlich seines mindestens einen Zwischen stückes 9 und seines Flansches 2 mit einer elektrisch- und wär meisolierenden Außenbeschichtung 12 auszustatten, wie in Fig. 1 strichpunktiert angedeutet. Dafür kommen keramische Legierungen wie Aluminiumoxid, Aluminiumtitanoxid, Zirkonoxid usw. in Frage. Dadurch wird verhindert, daß beim Berühren der Plasma anode mit dem Werkstück der Plasmalichtbogen erlischt, d. h., der Schweißprozeß kann unbeeinflußt weitergeführt werden.In particular with regard to the relatively long length thus achieved, which particularly easily leads to the fact that the anode comes into contact with the bore walls or opening edges during its handling, it is advantageously provided that the odor body 1 including its at least one intermediate piece 9 and its flange 2 to be equipped with an electrically and heat-insulating outer coating 12 , as indicated by dash-dotted lines in FIG. 1. Ceramic alloys such as aluminum oxide, aluminum titanium oxide, zirconium oxide, etc. are suitable for this. This prevents the plasma arc from extinguishing when the plasma anode touches the workpiece, ie the welding process can be continued unaffected.

Durch die per Zwischenstück 9 verlängerte Anode muß natürlich auch eine entsprechend lange Kathodennadel 3 vorgesehen bzw. in die Zentralbohrung 4 der Anode eingeführt werden. Derartige in der Regel aus Wolfram bestehende Nadeln sind aufgrund ihres Herstellungsprozesses nicht absolut gerade, werden aber im Brenner geführt und gespannt gehalten, was bei relativ kurzen Anoden auch ausreicht und zu einer weitgehend zentralen Posi tionierung der Kathodenspitze führt. Bei den nunmehr wesentlich längeren Anoden besteht nun die Gefahr, daß die Wolframnadel spitze nicht mehr im Zentrum der Plasmaanodenspitze plaziert ist. Der Lichtbogen brennt dann einseitig zwischen Wolframnadel und Plasmaanode und verkürzt damit erheblich die Lebensdauer der Plasmaanode.Due to the anode being extended by the intermediate piece 9 , a correspondingly long cathode needle 3 must of course also be provided or inserted into the central bore 4 of the anode. Such needles, usually made of tungsten, are not absolutely straight due to their manufacturing process, but are guided and kept tense in the burner, which is also sufficient for relatively short anodes and leads to a largely central positioning of the cathode tip. With the now much longer anodes, there is now a risk that the tungsten needle tip will no longer be placed in the center of the plasma anode tip. The arc then burns on one side between the tungsten needle and the plasma anode and thus significantly shortens the life of the plasma anode.

Aus diesem Grunde besteht eine vorteilhafte und bevorzugte Wei terbildung unter Verweis auf Fig. 1 und 4 darin, daß die in der Zentralbohrung 4 angeordnete Kathodennadel 3 in mindestens einem Teilbereich ihrer Länge mit einer thermisch aufgetrage nen, zu Zentrierstützen 13 ausgebildeten Keramikbeschichtung 14 versehen ist. Diese Zentrierstützen 13 entstehen einfach durch entsprechendes Formbeschleifen einer zunächst rundum aufgetra genen Keramikschicht, was wesentlich kostengünstiger zu ver wirklichen ist, als paßgerechte, kurze Zentrierhülsen aus Ke ramik herzustellen und zu verwenden. Die durch das Beschleifen entstehenden Freiräume 13' zwischen den Zentrierstützen 13 sind erforderlich, um das durch die Zentralbohrung 4 zugeführte Plasmagas passieren lassen zu können.For this reason, an advantageous and preferred Wei terbildung with reference to FIGS. 1 and 4 in that the disposed in the central bore 4 cathode needle of its length is provided with a thermally wear NEN, formed to centering supports 13 ceramic coating 14 in at least a part of area 3. This centering supports 13 are created simply by appropriate shaping of a ceramic layer that is initially applied all around, which is much more cost-effective to produce and use than fitting, short centering sleeves made of ceramic. The free spaces 13 ′ created by the grinding between the centering supports 13 are required in order to be able to let the plasma gas supplied through the central bore 4 pass.

Unter Verweis auf die Fig. 5 und 6A, B besteht ferner eine Weiterbildung darin, daß im axial verstärkt bemessenen Spit zenansatz 6' ein mit Kühlmittelbohrungen 5' in Verbindung ste hender Kühlkanal 15 angeordnet ist.With reference to FIGS. 5 and 6A, B there is also a further development in that in the axially dimensioned Spit zenansatz 6 'with a coolant holes 5 ' in connection ste standing cooling channel 15 is arranged.

Bezüglich "axial verstärkt bemessen" wird auf die Vergleichs fig. 7B bzw. 7C verwiesen, die deutlich machen, daß bislang der Kühlkanal 15 am Ende 8 des Anodenkörpers 1 eingeschnitten und durch eine relativ dünne Scheibe als Spitzenansatz 6' ver schlossen war. Demgegenüber ist nunmehr der Spitzenansatz 6' in axialer Erstreckung wesentlich stärker bemessen, so daß nunmehr der Kühlkanal 15 im Spitzenansatz 6' angeordnet werden kann und nicht etwa im Zwischenstück 9 angeordnet werden muß, zumal ja zu berücksichtigen ist, daß erforderlichenfalls in einer Anode zwei Zwischenstücke 9 vorzusehen sind.Regarding "axially dimensioned" is on the comparative fig. 7B and 7C, which make it clear that previously the cooling channel 15 was cut at the end 8 of the anode body 1 and was closed by a relatively thin disk as a tip extension 6 '. In contrast, the tip extension 6 'is now dimensioned much stronger in the axial extent, so that the cooling channel 15 can now be arranged in the tip extension 6 ' and does not have to be arranged in the intermediate piece 9 , especially since it must be taken into account that two intermediate pieces are required in an anode 9 are to be provided.

Claims

1. An anode for plasma deposition burner in particular for Bodenbe coating narrower and deeper blind holes, consisting of a slim-cylindrical anode body (1) with connecting flange (2), further from which accommodates a cathode needle (3) central bore (4), substantially axially oriented operating device bores ( 5 ) are guided to the anode tip ( 6 ), which as a separate tip attachment ( 6 ') in the bore-aligned position and with radial guide ( 7 ) at the end ( 8 ) of the anode body ( 7 ) provided with a corresponding radial guide ( 7 ') 1 ), characterized in that between the end ( 8 ) of the anode body ( 1 ) and the tip extension ( 6 ') at least one corresponding bores ( 4 , 5 ) having an intermediate piece ( 9 ) is arranged, which at one end ( 9 ') has a positive radial guide ( 10 ) and at the other end ( 9 ") a negative radial guide ( 10 ') and at both ends ( 9 ', 9 ") means ( 11 ) for the right bore n Allocation of the intermediate piece ( 9 ) to the anode body ( 1 ) and the tip extension ( 6 ') to the intermediate piece ( 9 ).

2. Anode according to claim 1, characterized in that the anode body ( 1 ) including its at least one intermediate piece ( 9 ) and its flange ( 2 ) with egg ner electrical and heat insulating outer coating ( 12 ) is provided.

3. Anode according to claim 1 or 2, characterized in that the in the central bore ( 4 ) arranged cathode needle ( 3 ) is provided in at least a portion of its length with a thermally applied zen to Zentrierstüt ( 13 ) formed ceramic coating.

4. Anode according to one of claims 1 to 3, characterized in that the means ( 11 ) for hole-appropriate assignment of blind bores ( 11 ') and pins ( 11 ") arranged therein are formed.

5. Anode according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the axially reinforced dimensioned shoulder ( 6 ') with a coolant bores ( 5 ') communicating cooling channel ( 15 ) is arranged.