DE2701671B2 - Einrichtung zum Plasmaspritzen - Google Patents
Einrichtung zum PlasmaspritzenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Plasmaspritzen, mit einem zu einer Austrittsöffnung hin
konvergierenden Gehäuse, einer Zufuhr für Schutzgas, einer Kathode, von welcher zu dem als Anode
dienenden Gehäuse eine Bogenentladung aufrechterhalten wird, und wenigstens einer Zufuhr für Spritzpulver
in einstellbarer Menge, durch welche das Spritzpulver unter einem Winkel zum Plasmastrom eingeführt
wird. Eine derartige Einrichtung kann zum Aufspritzen einer Schicht auf eine Unterlage verwendet werden.
In der US-PS 35 73 090 ist das Aufspritzen einer Schicht auf eine Unterlage mit Hilfe eines Plasmaspritzvorgangs
beschrieben.
Eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art ist beispielsweise durch die CH-PS 410 701 bekannt
geworden. Bei dieser Einrichtung läßt sich die gewünschte Pulvermenge für den Brenner durch
Veränderung des Abstandes zwischen der unteren Wand eines Pulverfüllbehälters und einem in diesen
hineinragenden Wirbel- und Saugrohr verschieben. Auch durch die Zeitschrift »Welding and Metal
Fabrication. August 1963, S. 346—348 ist eine Plasmaspritzeinrichtung
mit Steuermitteln für den Durchsatz des Spritzpulvers bekannt geworden.
Die DE-AS 12 76 518 schließlich zeigt eine Anordnung mehrerer Injektionsrohre um den Plasmastrahl,
ohne daß auf besondere Mittel zur Einstellung der Pulvermenge eingegangen ist.
Bei bekannten Plasmaspritzeinrichtungen, die an sich bezüglich der Pulverzufuhr in den Plasmastrahl sehr
einfach und betriebssicher aufgebaut sind, besteht die Gefahr, daß der Plasmastrahl durch das das Spritzpulver
treibende Zufuhrgas aus seiner Richtung abgelenkt wird und sich hieraus ein ungleichförmiger Auftrag des
Spritzpulvers auf die Unterlage ergibt. Auch läßt sich das Spritzpulver nicht genügend gleichmäßig durch das
Schutzgas hindurch zentral in den Plasmastrahl einbringen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Impuls der Spritzpulverteilchen während des letzten
Teiles ihres Transportweges zum Plasmastrahl derart zu regulieren, daß die Spritzpulverteilchen gleichmäßig
von dem Plasmastrahi mitgenommen werden, ohne daß das die Spritzpulverteilchen treibende Gas die Richtung
und Temperatur des Plasmastrahls beeinflußt.
Diese Aufgabe wird mit einer Einrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß in der Zuleitung zu dem Injektionsrohr für die Spritzpulverzugabe eine Vorrichtung zum einstellbaren
Entspannen des das Spritzpulver treibenden Gases vorgesehen ist.
Mit einer solchen Vorrichtung kann die Gasmenge zum Injizieren der Spritzpulverteilchen in den Plasmastrom
mit genau dem richtigen Impuls in einfacher Weise eingestellt werden. Es kann vermieden werden,
daß das das Spritzpulver treibende Gas den Plasmastrom mit Schutzgas ablenkt.
Zusätzlich zu der Entspannungsvorrichtung können auch mehrere Injektionsrohre um den Plasmastrahl
angeordnet sein.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die Entspannungsvorrichtung aus einem Zufuhrrohr,
in dessen Wandung Bohrungen vorgesehen sind, weiche mit einem am Zufuhrrohr verschiebbaren,
gasundurchlässigen Schieber selektiv abdeckbar sind. Der Schieber ist zweckmäßig eine auf dem Zufuhrrohr
gleitende Hülse. Durch die Verschiebung der Hülse läßt sich auf einfache Weise der richtige Impuls für die
Spritzpulverteilchen einstellen.
Die Bohrungen in der Wandung des Zufuhrrohres weisen zweckmäßig einen Durchmesser zwischen 0,1
und 0.5 mm auf. Alternativ können statt der Bohruneen
Wandbereiche des Zufuhrrohres aus porösem Materia! vorgesehen sein.
Bei einer Weiterbildung dieses Ausführungsbeispiels jind in einem weiteren Bereich des Zufuhrrohrs
Bohrungen vorgesehen, welche mit einem weiteren, am Zufuhrrohr verschiebbaren Schieber selektiv abdeckbar
sind. Die Bohrungen können Durchmesser zwischen 0,005 und 0,5 mm aufweisen, und zwar vorzugsweise im
Bereich des ersten Schiebers 0,005 bis 0,1 mm, und im Bereich des zweiten Schiebers 0,1 bis 0,5 mm. Damit läßt
sich im Bereich des ersten Schiebers eine Feineinstellung und in. Bereich des zweiten Schiebers eine
Grobeinstellung der Spritzpulverzufuhr vornehmen. Auch hier können statt der Bohrungen wiederum
Wandbereiche des Zufuhrrohres aus porösem und mikroporösem Material — Grobeinstellung und Feineinstellung
— vorgesehen sein.
Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel besteht die Entspannungseinrichtung aus einer Wirbelkammer
mit einstellbarem Gasauslaß. In dem Gasauslaß sind dabei zweckmäßig ein Filter und ein Regelventil
vorgesehen. Das Filter vermeidet ein Austreten von Spritzpulverteilchen durch den Gasauslaß, und das
Regelventil gibt die Möglichkeit der genauen Einstellung des Entspannungsdruckes in der Wirbelkammer
bzw. der erforderlichen Abführung von treibendem Gas.
Schließlich ist es zweckmäßig, an dem dem Injektionsrohr abgekehrten Ende der Wirbelkammer ein in
die Wirbelkammer schiebbares und aus dieser herausziehbares Rohr vorgesehen, durch welches das Spritzpulver
der Wirbelkammer zuführbar ist. Das Hineinschieben und Herausziehen dieses Rohres in die bzsv.
aus der Wirbelkammer ermöglicht eine weitere Einstellung der Pulverzufuhr.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher
beschrieben. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 eine Einrichtung zum Plasmaspritzen mit im Bereich des Gehäuses senkrecht zum Plasmastrahl
angeordnetem Injektionsrohr,
F i g. 2 eine Einrichtung zum Plasmaspritzen mit außerhalb der Austrittsöffnung für den Plasmastrahl
senkrecht zu diesem angeordnetem Injektionsrohr und einer zugehörigen Entspannungsvorrichtung für das das
Spritzpulver treibende Gas,
Fig.3 eine Stirnansicht einer Einrichtung zum Plasmaspritzen mit vier symmetrisch um den Plasmastrahl
angeordneten Injektionsrohren für das Spritzpulver,
Fig.4 einen Längsschnitt durch eine weitergebildete
Entspannungsvorrichtung für das das Spritzpulver treibende Gas und
Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine im Aufbau andere Ausführungsform einer Entspannungsvorrichtung
für das das Spritzpulver treibende Gas.
Wie aus den F i g. 1 und 2 hervorgeht, besteht die Einrichtung aus einem Gehäuse 1 mit einer Austrittsöffnung
2 für einen Plasmastrahl 5. Das Gehäuse 1 konvergiert in Richtung dieser Austrittscffnung 2.
Innerhalb des Gehäuses 1 sind eine nicht dargestellte Zufuhr für ein Schutzgas und eine Kathode 3
vorgesehen. Zwischen dieser Kathode 3 und dem als Anode dienenden Gehäuse 11 wird eine Bogenentladung
4 aufrechterhalten. Weiter ist eine Zufuhr für Spritzpulver vorgesehen. Das Spritzpulver besteht z. B. aus
Metallen, Oxiden, Nitriden, Bonden, Siliciden, Karbiden. Die Zufuhr weist ein lotrecht auf den Plasmastrahl 5
gerichtetes Injektionsrohr 6 auf.
Bei der Ausführung nach Fig. 1 ist im Anschluß an die
Austrittsöffnung 2 ein divergierendes Scbirmrohr 7 koaxial hinsichtlich der Mittelachse 8 des Gehäuses 1
und um den Plasmastrahl 5 herum angebracht. In der
". Wand dieses Schirmrohres 7 sind Öffnungen 9 zur Zuführung eines Ergänzungsmediunis vorgesehen. Diese
Öffnungen 9 sind axial oder tangential gerichtet. Sie können auch in unterschiedlichen Abständen von der
Austrittsöffnung 2 des Plasmastrahli 5 angebracht sein.
κι Mittels dieser Einrichtung kann eine Deckschicht 10 auf
eine Unterlage 11 aufgetragen werden.
Durch die Zuführung des Ergänzungsmediums über die Öffnungen 9 kann verhütet werden, daß Luft aus der
Atmosphäre über den Schlitz zwischen dem Rand des
r> Schirmrohres 7 und der Unterlage 11 angesogen wird.
Zusammen mit dem Schutzgas, meist Argon oder Stickstoff, das über das Gehäuse 1 zugeführt wird, soll
das Ergänzungsmedium gleichfalls zur chemischen und physikalischen Konditionierung des Rauminhaltes in-
2D nerhalb des Schirmrohres 7 beitragen. Das Ergänzungsmedium kann ganz oder teilweise aus einer Flüssigkeit,
z. B. flüssigem Stickstoff, bestehen, wodurch eine Kühlung und Abschirmung der Innenwand des Schirmrohres
7 erzielt wird.
j, Während bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 das Injektionsrohr 6 für das Spritzpulver innerhalb des
Gehäuses 1 am Plasmakanal vorgesehen ist, weist die Ausführungsform nach F i g. 2 ein lotrecht auf den
Phsmastrahl 5 gerichtetes Injektionsrohr 6 für das
in Spritzpulver in Plasmaströmungsrichtung nach der
Austrittsöffnung 2 auf. Die Wand eines Zufuhrrohres 17 zu dem Injektionsrohr 6 weist feine Bohrungen 15 auf.
Weiter ist um einen Teil des Zufuhrrohres 17 ein verschiebbarer, mantel- oder hülsenförmiger Schieber
Γι 16 angebracht. Da das Spritzpulver über ein Trägergas
zugeführt wird, ist es mittels der Verschiebung des Schiebers 16 möglich, eine bestimmte Trägergasmenge
aus dem Zufuhrrohr 17 abzuführen, ehe dieses Gas an die auf den Plasmastrahl 5 gerichtete öffnung des
w Injektionsrohres 6 gelangt. Hierdurch kann der
Injektionsimpuls des Spritzpulvers unabhängig von der zum Transport durch das Zufuhrrohr 17 und Injektionsrohr 6 hindurch minimal erforderlichen Trägergasmenge
reguliert werden. Auf diese Weise können alle
ii Pulverteilchen über den Plasmastrahl 5 in einer
verhältnismäßig engen Bahn auf die Unterlage il aufgebracht werden, ohne daß eine asymmetrische
Streuung stattfindet, welche oft bei Verwendung des herkömmlichen, unter einem Winkel zum Plasmastrahl
in gerichteten Injektionsrohrs auftritt.
Das Injektionsrohr 6 kann auch einen von 90° abweichenden Winkel mit dem Plasmastrahl 5 bilden.
Die Bohrungen 15 können einen Durchmesser von 0,01 bis 0,5 mm aufweisen. Statt dem Vorsehen von
ΐ") Bohrungen 15 kann auch ein Teil des Zufuhrrohres 17
aus beliebigem porösem, Gas, aber nicht die Pulverteilchen durchlassenden Material hergestellt sein.
F i g. 3 zeigt eine Stirnansicht einer Einrichtung zum Spritzen von Plasma ähnlich der in F i g. 2 dargestellten
ι ο Einrichtung. Bei der in Fi g. 3 gezeigten Einrichtung ist
jedoch nicht nur ein Injektionsrohr 6 vorgesehen, sondern es sind als Beispiel 4 Injektionsrohre 6 um die
Austrittsöffnung 2 für den Plasmastrahl 5 angeordnet.
F igr. 4 zeigt ein Zuführungsrohr 17 mit aufgesetztem
" i Injektionsrohr 6 für das Spritzpulver im Schnitt, bei
welchem eine Grob- und Feineinstellung für das Einbringen des Spritzpulvers in den Plasmastrahl 5
möglich ist.
27 Ol 671
In Pig.4 ist zu erkennen, daß auf das dem
Injckiionsrohr 6 abgewandten linde des Zufuhrrohres 17 ein Pulverschlauch 18 aufgesteckt ist. Im Bereich des
Pulver Schlauches 18 sind in dem Zufuhrrohr 17 Bohrungen 25 vorgesehen, welche einen Durchmesser
in der Größenordnung von 0,1 bis 0.5 mm haben. Alternativ kann die Wandung des Zufuhrrohres 17
entsprechend porös ausgeführt sein. Über den Bohrungen 25 sitzt ein mantelförmiger Schieber 26. mit dessen
Hilfe die Bohrungen 25 abgedeckt oder offengelassen werden können. Die Bohrungen 25 und der Schieber 26
dienen der Grobeinstellung bei der Zufuhr der Spritzpulverteilchen.
An dem dem Injektionsrohr 6 zugekehrten Ende des Zufuhrrohres 17 sind, wie bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 2, feine Bohrungen 15 vorgesehen, welche einen Durchmesser im Bereich von 0,005 bis 0,1 mm
haben. Alternativ kann die Wand hier auch mikroporös sein. Über diesen Bohrungen 15 sitzt der verschiebbare,
hülsenförmige Schieber 16. Die Bohrungen 15 und der Schieber lfi dienen der Feineinstellung der Spritzpulverzufuhr.
In Fig. 5 schließlich ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
für die Pulverzufuhr dargestellt, bei welchem zwischen dem Injektionsrohr 6 und dem Pulverschlauch
18 eine Wirbelkammer 19 und ein in diese eingeschobe- ~i nes. verschiebbares Rohr 20 vorgesehen sind. Das
Injektionsrohr 6 sitzt an einem Ende der Wirbelkammer 19. In das andere Ende der Wirbelkammer 19 ist das
Rohr 20 eingeschoben. Am freien Ende des Rohres 20 ist der Pulverschlauch 18 aufgeschoben.
ι1 Die Wirbelkammer 19 weist am Ende des eingeschobenen
Rohres 20 einen seitlichen Gasauslaß 21 mit eingefügtem Regelventil 22 auf. Zwischen Wirbelkammer
19 und Regelventil 22 ist weiter ein Filter 23 vorgesehen.
ι ■ Die Einstellung der richtigen Impulse für die
Spritzpulverteilchen erfolgt dadurch, daß einmal das verschiebbare Rohr 20 gegenüber der Wirbelkammer
19 verschoben wird, und zum anderen dadurch, daß das Regelventil 22 mehr oder minder geöffnet und
-» geschlossen wird, wodurch der Gasaustritt durch den
Gasauslaß 21 den Erfordernissen angepaßt wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (12)
1. Einrichtung zum Plasmaspritzen, mit einem zu einer Austrittsöffnung hin konvergierenden Gehäuse,
einer Zufuhr für Schutzgas, einer Kathode, von welcher zu dem als Anode dienenden Gehäuse eine
Bogenentladung aufrechterhalten wird, und wenigstens einer Zufuhr für Spritzpulver in einstellbarer
Menge, durch weiche das Spritzpulver unter einem ι ο Winkel zum Plasmastrom eingeführt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Zuleitung zu dem Injektionsrohr (6) für die Spritzpulverzugabe
eine Vorrichtung zum einstellbaren Entspannen des das Spritzpulver treibenden Gases vorgesehen ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Injektionsrohre (6) um den
Plasmastrahl (5) angeordnet sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Entspannungsvorrichtung aus einem Zufuhrrohr (17) besteht, in dessen Wandung
Bohrungen (15) vorgesehen sind, welche mit einem am Zufuhrrohr (17) verschiebbaren, gasundurchlässigen
Schieber (16) selektiv abdeckbar sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (16) eine auf dem
Zufuhrrohr (17) gleitende Hülse ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (15) Durchmesser
zwischen 0,01 und 0,5 mm aufweisen.
6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß statt der Bohrungen (15) Wandbereiche
des Zufuhrrohres (17) aus porösem Material vorgesehen sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- y>
zeichnet, daß in einem weiteren Bereich des Zufuhrrohres (17) Bohrungen (25) vorgesehen sind,
welche mit einem weiteren, am Zufuhrrohr (17) verschiebbaren Schieber (26) selektiv abdeckbar
sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (15, 25) Durchmesser
zwischen 0,005 und 0,5 mm aufweisen.
9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß statt der Bohrungen (15, 25) Wandbereiche
des Zufuhrrohres (17) aus porösem und mikroporösem Material vorgesehen sind.
10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Entspannungsvorrichtung aus einer Wirbelkammer (19) mit einstellbarem Gasauslaß (21)
besteht.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Gasauslaß (21) ein Filter (23) und ein Regelventil (22) vorgesehen sind.
12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an dem dem Injektionsrohr (6)
abgekehrten Ende der Wirbelkammer (19) ein in die Wirbelkammer (19) schiebbares und aus dieser
herausziehbares Rohr (20) vorgesehen ist, durch welches das Spritzpulver der Wirbelkammer (19) wi
zuführbar ist.
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