DE19900128A1 - Düse sowie Düsenanordnung für einen Brennerkopf eines Plasmaspritzgeräts - Google Patents

Abstract

Die Düse ist mit einer Mehrzahl von Kühlkanälen (13) versehen, welche von einem Ringkanal (16) im Einlassbereich (8) bis an den Auslassbereich (11) herangeführt sind. Die für die Zufuhr des Beschichtungsmaterials vorgesehenen Pulverzufuhrkanäle (11, 12) sind zwischen den Kühlkanälen (13) hindurchgeführt. Ein Düsenträger zur Aufnahme der Düse ist mit Kühlbohrungen versehen, welche hydraulisch mit den Kühlkanälen (13) der Düse verbunden sind und mit diesen zusammen ein Düsen-Kühlkreislaufsystem bilden. Die Vorteile dieser Anordnung sind darin zu sehen, dass die Düse homogen und effizient bis an das auslassseitige Ende (9) gekühlt ist, und dass durch die Kühlung der Pulverzufuhrkanäle (11, 12) die Gefahr von Schmelzablagerungen innerhalb der Düse weitgehend gebannt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Düse für einen Brennerkopf eines Plasmaspritzgeräts ge­ mäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Düsenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.

Düsen für Brennerköpfe von Plasmaspritzgeräten sind in verschiedenen Ausführun­ gen bekannt. Solche Düsen dienen einerseits der Konzentration des Plasmastrahls und übernehmen andererseits auch die Aufgabe einer Anode, indem zwischen der Düse und einer Kathode eine Spannung zur Erzeugung eines Lichtbogens angelegt wird.

Aus der DE 16 39 325 ist ein Plasmastrahlgenerator mit einer gattungsgemässen An­ odendüse bekannt. Die Anodendüse ist zur Kühlung mit Bohrungen und ggf. Kanälen versehen. Im Bereich des austrittsseitigen Endes der Anodendüse ist ein im wesent­ lichen radial in die Düse führender Kanal vorgesehen, über welchen dem Plasma­ strahl Beschichtungspulver zugeführt werden kann. Die Gefahr bei derartig ausge­ stalteten Anodendüsen besteht darin, dass sich diese im Bereich des radialen Pul­ verzufuhrkanals derart stark erwärmt, dass das Beschichtungspulver bereits im Pul­ verzufuhrkanal aufgeschmolzen wird, was zu unerwünschten Schmelzablagerungen führt. Diese Schmelzablagerungen beeinflussen den Düsenquerschnitt und damit den Plasmastrahl negativ. Ausserdem lösen sich diese Schmelzablagerungen von Zeit zu Zeit ab, so dass sie in Klumpenform auf das Substrat aufgetragen werden.

Ein weiteres Problem das sich bei gattungsgemässen Düsen stellt, ist eine ungenü­ gende bzw. inhomogene Kühlung des Düsenkörpers. Insbesondere im Bereich des austrittsseitigen Endes sind die bekannten Anodendüsen ungenügend gekühlt, da deren Kühlkanäle nicht bis an das austrittsseitige Ende herangeführt sind, und zwar einerseits um Platz für einen Pulverzufuhrkanal bzw. mehrere Pulverzufuhrkanäle zu lassen und andererseits um das Zurückführen des jeweiligen Kühlkanals innerhalb der Anodendüse zu ermöglichen.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Düse der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art derart weiterzubilden, dass sie eine verbesserte und homogenere Kühlung aufweist und dass die Gefahr von Beschichtungspulver-Schmelzablagerun­ gen innerhalb der Düse minimiert wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merk­ male ermöglicht.

Indem die Kühlkanäle axial bis an den Auslassbereich der Düse herangeführt sind und die Pulverzufuhrkanäle zwischen den Kühlkanälen hindurch in die Düse geführt sind, ist sowohl eine gleichmässige Kühlung der Düse bis in den Bereich des aus­ lasseitigen Endes gewährleistet, wie auch eine bessere Kühlung der Pulverzufuhrka­ näle sichergestellt.

Bevorzugte Weiterbildungen der Düse sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 7 umschrieben.

Im Anspruch 8 wird zudem eine Düsenanordnung beansprucht, welche mit einer er­ findungsgemässen Düse und einem Düsenträger zur Aufnahme der Düse versehen ist.

Bevorzugte Weiterbildungen der Düsenanordnung sind in den abhängigen Ansprü­ chen 9 bis 14 umschrieben.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäss ausgestalteten Düse sowie eines Düsenträgers anhand von Zeichnungen näher erläutert. In diesen Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Düse;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Düse;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Düse entlang der Linie A-A in Fig. 2;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Düse entlang der Linie B-B in Fig. 2;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Düsenträger, und

Fig. 6 einen Längsschnitt durch den Düsenträger sowie der darin eingesetzten Düse.

Anhand der Fig. 1 bis 4, welche die Düse 1 in einer Draufsicht, in einem Quer­ schnitt und in zwei unterschiedlichen Längsschnitten zeigen, wird die Gestaltung der Düse 1 näher erläutert. Da derartige Düsen an und für sich bekannt sind, wird nach­ folgend nur auf die im Zusammenhang mit den erfindungsspezifischen Merkmalen der Düse näher eingegangen. Im vorliegenden Beispiel wird davon ausgegangen, dass die Düse als Anode zum Erzeugen eines Lichtbogens geschaltet ist und vom Plasmagas von links nach rechts durchströmt wird.

Die Düse 1 ist mit einer zentralen Öffnung 2 sowie zwölf um die Öffnung herum an­ geordneten Kühlkanälen 13 versehen. In Durchströmrichtung gesehen wird die Öff­ nung 2 durch einen ersten konischen Abschnitt 3, einen ersten zylindrischen Ab­ schnitt 4, einen zweiten zylindrischen Abschnitt 5 sowie einen zweiten konischen Ab­ schnitt 6 gebildet. Der erste konische Abschnitt 3 stellt dabei den Einlassbereich 8, und der zweite konische Abschnitt 6 den Auslassbereich 9 der Düse 1 dar. Vor dem Auslassbereich 9 führen zwei Pulverzufuhrkanäle 11, 12 radial in die Öffnung 2. Die Pulverzufuhrkanäle 11, 12 sind derart gestaltet, dass eine möglichst gleichmässige Durchmischung des dem Plasmastrahl zugeführten Beschichtungspulvers gewährlei­ stet wird.

Die Düse 1 ist vorzugsweise aus Kupfer bzw. aus einer Kupferlegierung gefertigt, wobei die Innenseite der Düse in bekannter Weise durch einen Wolframeinsatz (nicht eingezeichnet) gebildet sein kann, welcher ggf. der Erhöhung der Standzeit der Düse dient.

Auf der Aussenseite des Einlassbereichs 8 ist die Düse 1 mit einem umlaufenden Steg 15 versehen, hinter welchem ein Ringkanal 16 eingelassen ist. Sämtliche Kühl­ kanäle 13 sind mit diesem Ringkanal 16 verbunden, von welchem sie parallel zur Längsachse L durch die Düse 1 hindurchgeführt sind. Im Auslassbereich 9 weist die Düse 1 eine kreisringförmig gestaltete Stirnfläche 18 aufweist, in welche sämtliche Kühlkanäle 13 münden. In diese Stirnfläche 18 ist eine die Kühlkanäle 13 umge­ bende, kreisringförmige Nut 19 eingelassen ist, deren Innenseite an die Kühlkanäle 13 angrenzt. Die Pulverzufuhrkanäle 11, 12 liegen einander diametral gegenüber, wobei jeweils zwischen zwei Kühlkanälen 13A, 13B; 13C, 13D ein grösserer Abstand vorgesehen ist, so dass die Pulverzufuhrkanäle 11, 12 zwischen den Kühlkanälen 13 hindurch in die Düse 1 geführt werden können.

Aus der Fig. 5 ist ein mit einer zentralen Öffnung 22 zur Aufnahme der Düse 1 verse­ hener Düsenträger 20 ersichtlich. Auf der Aussenseite weist der Düsenträger 20 ei­ nen umlaufenden Kragen 23 auf, in den eine Vielzahl von aus dieser Darstellung nicht ersichtlichen Befestigungsbohrungen eingelassen sind. Auf der dem Kragen 23 gegenüberliegenden Seite ist der Düsenträger 20 mit einem in die zentrale Öffnung 22 ragenden Bund 25 versehen, in welchen eine korrespondierend zu der kreisring­ förmigen Nut 19 der Düse 1 (Fig. 4) ausgebildete Ausnehmung 26 eingelassen ist. Von dieser Ausnehmung 26 führen Bohrungen 28 zu den quer durch den Düsenträ­ ger hindurch verlaufenden Kühlbohrungen 29. Die Kühlbohrungen 29 führen im Be­ reich der linken Stirnseite 30 aus dem Düsenträger 20 hinaus.

Im weiteren ist eine in die Innenseite des Düsenträgers 20 eingelassene Ausneh­ mung 31 vorgesehen, welche in der Form und Lage mit dem Ringkanal 16 der Düse 1 (Fig. 3) korrespondiert. Von der Stirnseite 30 des Düsenträgers 20 führen Kanäle 32 in diese Ausnehmung 31.

Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt durch den Düsenträger 20 mitsamt der darin einge­ setzten Düse 1. Beim Einsetzen der Düse 1 in den Düsenträger 20 wirkt deren um­ laufender Steg 15 als Anschlag. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, dass die Kühl­ bohrungen 29 des Düsenträgers 20 hydraulisch mit den Kühlkanälen 13 der Düse 1 verbunden sind und mit diesen zusammen ein Düsen-Kühlkreislaufsystem bilden, bei welchem das vorgesehene Kühlmedium zwangsweise durch die vorgesehenen Boh­ rungen und Kanäle 13, 28, 29 fliessen muss. Durch die kreisringförmige Nut 19 der Düse 1 und der damit hydraulisch in Verbindung stehenden Ausnehmung 26 des Dü­ senträgers wird sichergestellt, dass keine nennenswerte Querschnittsverengung im Übergangsbereich besteht.

Dabei ist das Kühlkreislaufsystem derart ausgestattet, dass sowohl der Einlass 35 wie auch der Auslass 36 in die Stirnseite 30 des Düsenträgers 20 münden. Zugun­ sten einer übersichtlichen Darstellung wurde darauf verzichtet, die zum Abdichten des Kühlkreislaufsystems vorgesehenen Dichtungsringe einzuzeichnen. Als Kühlme­ dium wird vorzugsweise Wasser verwendet.

Die Vorteile einer derart ausgestalteten Düsenanordnung stellen sich wie folgt dar:

• - Homogene, effiziente Kühlung der Düse bis an deren auslassseitiges Ende;
• - Kühlung der Pulverzufuhrkanäle → keine Schmelzablagerungen von Beschich­ tungspulver innerhalb der Düse;
• - Zwangskreislauf des Kühlwassers → keine Toträume mit stehendem Wasser;
• - Einfacher Aufbau sowie einfache Austauschbarkeit der Düse;
• - Erhöhte Lebensdauer.

Claims (14)

1. Düse (1) für einen Brennerkopf eines Plasmaspritzgeräts, mit einer zentralen Öffnung (2) sowie einer Mehrzahl von um die Öffnung (2) herum angeordneten Kühl­ kanälen (13), wobei im Auslassbereich (9) der Düse (1) zumindest zwei im wesentli­ chen radial in die Öffnung (2) führende Pulverzufuhrkanäle (11, 12) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (13) axial bis an den Auslassbereich (9) herangeführt sind und die Pulverzufuhrkanäle (11, 12) zwischen den Kühlkanälen (13A, 13B; 13C, 13D) hindurch in die Öffnung (2) geführt sind.

2. Düse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (1) im Einlassbereich (8) einen Ringkanal (16) aufweist, in welchen die Kühlkanäle (13) münden.

3. Düse (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (1) im Auslassbereich (9) eine kreisringförmig gestaltete Stirnfläche (18) aufweist, in welche die Kühlkanäle (13) münden.

4. Düse (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in die Stirnfläche (18) eine kreisringförmige Nut (19) eingelassen ist, welche mit den Kühlkanälen (13) in Verbindung steht.

5. Düse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, dass die Kühlkanäle (13) zumindest annähernd parallel zur Längsmittelachse (L) der Düse (1) angeordnet sind.

6. Düse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, dass die Düse (1) einen hochschmelzenden, vorzugsweise aus einer Wolframle­ gierung bestehenden Einsatz aufweist.

7. Düse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, dass zwölf Kühlkanäle (13) vorgesehen sind.

8. Düsenanordnung mit einer nach einem der vorhergehenden Ansprüche aus­ gebildeten Düse (1) und einem mit einer Öffnung (22) zur Aufnahme der Düse (1) versehenen Düsenträger (20), dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenträger (20) mit Kühlbohrungen (29) versehen ist, welche bei in den Düsenträger (20) eingesetz­ ter Düse (1) hydraulisch mit den Kühlkanälen (13) der Düse (1) verbunden sind und mit diesen zusammen ein Düsen-Kühlkreislaufsystem bilden.

9. Düsenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Dü­ senträger (20) mit einem in die Düsenträger-Öffnung (22) ragenden Bund (25) verse­ hen ist, in welchen eine korrespondierend zu der kreisringförmigen Nut (19) der Düse (1) ausgebildete Ausnehmung (26) eingelassen ist, und dass die Kühlbohrungen (29) des Düsenträgers (20) mit der Ausnehmung (26) verbunden sind.

10. Düsenanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlbohrungen (29) über Querbohrungen (28) mit der Ausnehmung (26) des Düsen­ trägers verbunden sind.

11. Düsenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Düsenträger (20) eingelassenen Kühlkanäle (29) in die an den Einlassbereich (8) der Düse (1) angrenzende Stirnseite (30) des Düsenträgers (20) geführt sind.

12. Düsenanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, dass eine in die Innenseite des Düsenträgers (20) eingelassene Ausnehmung (31) vorgesehen ist, welche in der Form und Lage mit dem Ringkanal (16) der Düse (1) korrespondiert.

13. Düsenanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aus­ nehmung (31) über Bohrungen (32) in die an den Einlassbereich (8) der Düse (1) angrenzende Stirnseite (30) des Düsenträgers (20) geführt ist.

14. Düsenanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Einlass (35) wie auch der Auslass (36) des Düsen-Kühlkreislauf­ systems in die an den Einlassbereich (8) der Düse (1) angrenzende Stirnseite (30) des Düsenträgers (20) münden.