DE3312232A1

DE3312232A1 - Plasma-schmelzvorrichtung

Info

Publication number: DE3312232A1
Application number: DE19833312232
Authority: DE
Inventors: Roman Francis Arnoldy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-04-06
Filing date: 1983-04-05
Publication date: 1983-10-06
Also published as: ZA832387B; DE8309927U1; AU1314083A

Description

Plasma-Schmelzvorrichtung
Diese Erfindung betrifft eine Plasma-Schmelzvorrichtung.
Plasma-Schmelzvorrichtungen aus dem Stand der Technik benutzen eine einzige Elektrode, weiche entweder fest oder beweglich innerhalb einer Düse angebracht ist.
Bei der Verwendung wird ein Gas zwischen der Düse und der Elektrode hindurchgeleitet, und ein Lichtbogen wird zwischen der Elektrode und entweder der Düse oder dem Werkstück hergestellt. Stromabwärts von der Düse werden Granulat, Pulver oder andere Partikel, die geschmolzen werden sollen, in den sich ergebenden Plasmastrom einaeleitet, der von der Düse wegströmt. In einer solchen Finrichtuna besteht eine nur begrenzte Berührung des zu schmelzenden Materiales mit den vom Plasma erzeugten Zonen maximaler Wärme. Dies ist infolge der Tatsache der Fall, daß das Material stromabwarts von der Düse eingeleitet wird und der Bereich maximaler Wärme, der vom Lichtbogen erzeugt wird, verhältnismäßig klein ist. Da das zu schmelzende Material stromabwärts von der Düse und nahe dem Geaenstand eingeleitet wird, auf welchem es abgelagert werden soll, verbleibt es im Strom auch für' einen nur verhältnismäßig kurzen Zeitraum, was weiter die Wärme verringert, die auf das Material übertragen wird. Zusätzlich trachten die schwereren Partikel dazu, in einem Bereich des Plasmastromes konzentriert zu werden, während die leichteren Partikel danach trachten, in einem anderen Bereich konzentriert zu werden, wobei unerwünschte nderunaen in der Ablagerung des Materials verursacht werden.
Versuche, das zu schmelzende Material im Inneren einzuleiten, haben zu zusätzlichen Problemen geführt.
Insbesondere wurde das Innere der Düse mit jenem Material überzogen, welchem es nicht gelungen ist, den wärmsten Bereich des Plasmastromes zu erreichen, was die Düsenöffnung verkleinert oder voAlständiq verschließt. Bei einer solchen Vorrichtuna ist keine Vorkehrung getroffen, um den Strom des zu schmelzenden Materials zu steuern oder zu lenken. Das Einleiten von Material in einen solchen Lichtbogen beeinträchtigt auch sowohl den Weq des Lichtbogens als auch dessen Temperatur, was zu unerwünschten Ergebnissen führt.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Plasma-Schmelzvorrichtung mit mehreren Lichtböaen aerichtet, welche mindestens in ihrem bevorzugten Ausführunasbeistiel die Nachteile der Einrichtunaen aus dem Stand der Technik mildert und einen beständiaeren und oleichförmigeren Schmelzvoraan des Materials liefert. Die erfindungsgemäße Plasma-Schmelzvorrichtung kann verwendet werden, um geschmolzenes Material auf ein Werkstück aufzutragen, beispielsweise zum Hartbeschichten, Schmelzen oder in einen Sammelbehälter bei der Herstellung von Schüttaütern bzw. Grundmaterialien.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Plasma-Schmelzvorrichtung vorgesehen, welche eine Düse aufweist, die eine Abgabeöffnunq aufweist, mindestens zwei Elektroden, die innerhalb der Düse angebracht sind, und Mittel zum Einleiten von zu schmelzendem Material in das Innere der Düse, wobei eine solche Anordnung getroffen ist, daß bei der Verwendung die Plasmaströme aus den Elektroden zusammenlaufen und das zu schmelzende Material in den Raum zwischen diesen hineinfällt.
Bevorzugt sind die Elektroden konvergierend angeordnet, obwohl sie, falls erwünscht, auch parallel sein könnten.
Vorteilhafterweise umfaßt die Plasma-Schmelzeinrichtung ferner Einrichtungen, um beim gebrauch ein Schutzaas rund um den Plasma strom einzuleiten, welches von der Abgabeöffnung austritt. Eine solche Einrichtung kann bequemerweise Kanäle in der Düse umfassen.
Falls gewünscht, kann die Größe der Abgabeöffnung der Düse einstellbar sein, so daß es beim Gebrauch ermöglicht ist, die Wärmeintensität, die Materialvolumina und die Ausbildung des Lichtboaens zu steuern.
Bequemerweise werden drei Kathoden verwendet, welche bei der Verwendung vorteilhafterweise mit getrennten Phasen einer herkömmlichen Stromauelle mit drei Phasen verbunden sind.
Es ist deshalb ein Ziel mindestens bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorlieoenden Erfindunq, eine Plasma-Schmelzvorrichtung vorzusehen, welche die Nachteile und Schwierigkeiten, welche der voranstehend beschriebenen Plasma-Schmelzeinrichtung aus dem Stand der Technik zugeordnet sind, mildern bzw.
ausrcumen.
Ein weiteres Ziel mindestens bevorzugter Ausführunsbeispiele der vorliegenden Erfindung ist die Anordnung einer Plasma-Schmelzvorrichtung, welche eine Schmelze mit hinlänglich aleichförmiger Beschaffenheit liefert.
Ein anderes Ziel mindestens bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfinduna ist es, eine Plasma-Schmelzvorrichtung vorzusehen, bei welcher es möglich ist, wirksamer die Warmewirkung des Plasmastromes zu nutzen.
Ein noch weiteres Ziel mindestens bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorlieqenden Erfindung ist das Ausräumen der Erfordernis, daß das Material stromabwärts von der Düse eingeführt werden muß.
Zum besseren Verständnis der Erfindung und zur Dar- stellung, wie diese realisiert werden kann, wird nun beispielsweise auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in welchen: Fig. 1 die schematische Ansicht eines Querschnitts durch eine Plasma-Schmelzvorrichtuna aus dem Stand der Technik ist, Fig. 2 die schematische Ansicht eines Querschnitts einer erfindungsgemäßen Plasma-Schmelzvorrichtung ist, Fig. 3a eine vereinfachte Ansicht der Einrichtung der Fig. 2 ist, in Richtung III-III gesehen, Fis. 3b eine Ansicht ähnlich jener der Fio. 3a ist, jedoch eine kleinere Austrittsöffnung als jene der Fig. 3a zeigt, und Fio. 4 eine vereinfachte Ansicht der Einrichtuna ist, gesehen aus der Richtung IV-IV in Fig. 2.
Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen; dort ist eine bekannte Plasma-Schmelzvorrichtung gezeiqt, die allqemein mit dem Bezuaszeichen 1 bezeichnet ist. Die Vorrichtuna umfaßt eine Düse 2, die eine Elektrode 3 enthält. Bei der Verwendung wird ein Lichtbogen zwischen der Elektrode 3 und dem Werkstück 4 gezogen, und ein geeignetes Gas wird durch einen Kanal 5, der die Elektrode 3 umaibt, eingeleitet. Das Plasma verläßt die Düse 2 durch die Abgabeöffnung 6.
Das auf das Werkstück A aufzutragende Material wird in das Plasma über ein Rohr 7 stromabwärts von der Abgabeöffnung 6 eingeleitet.
Das Plasma wird von einem Schutzgasvorhang umgeben, der durch einen Ringkanal 8 in der Düse 2 zugeführt wird.
Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen; die 9zeigte Plasma-Schmelzvorrichtun ist allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Vorrichtuna 10 umfaßt eine Düse 11, welche eine Abqabeöffnuns 12 aufweist. Drei Kathoden 15 sind in der Düse 11 anaeordnet und konvergieren zur Abgabeöffnuna 12 hin, wie gezeigt ist.
Die Kathoden 15 sind rund um ein Rohr 18 angeordnet, durch welches das zu schmelzende Material eingeleitet werden kann. Die Düse 11 ist auch mit einem Ringkanal 13 versehen.
Beim Gebrauch wird Schutzgas, beispielsweise Argon, durch den Kanal 13 eingeleitet, und ein Lichtbogen wird zwischen jeder Kathode 15 und dem Werkstück 4 gezogen.
Ein geeignetes, plasmabildendes Gas wird in das Innere 23 der Düse 11 eingeleitet.
Die Plasmaströme 16 aus den Kathoden 15 konvergieren zu der Abgabeöffnung 12 hin, und zu schmelzendes Material wird durch den Einlaß 19 des Rohres 18 einseleitet. Wenn das Material hinunterfällt, dann gelangt es in den Raum zwischen den drei zusammenlaufenden Plasmaströmen 16. Es beweqt sich dann im Plasmastrom 21 zum Werkstück 4 hin.
Wie in Fig. 3a gezeigt, weist jeder der Plasmaströme 16 seinen jeweiligen Hochtemperaturbereich 24 auf.
Diese Hochtemperaturbereiche 24 für jeden Strom konvergieren im Bereich 17, durch welchen das zu schmelzende Material hindurchläuft.
Obwohl in Fig. 2 nicht im einzelnen darqestellt, ist die im Durchmesser veranderliche Cffnung 12 bevorzugt auf herkömmliche Weise einstellbar. Fia. 3b zeigt eine Ansicht ähnlich Fig. 3a, jedoch unter Verwendung einer kleineren Abgabeöffnung 12.
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Claims

Plasma-Schmelzvorrichtuna Patentansprüche 1. Piasma-Schmelzvorrichtunq mit einer Düse, die eine 6sabeöffnung aufweist, dadurch q e k. e n n z e i c h -n e t, daß mindestens zwei Elektroden (15) innerhalb der Düse (11) angeordnet sind, und daß eine Einrichtung (18) vorgesehen ist, um zu schmelzendes Material in das Innere der Düse einzuleiten, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß bei der Verwendung die Plasmaströme (16) aus den Elektroden (15) konvergieren und das zu schmelzende Material in den Raum zwischen ihnen hineinfallt.
2. Plasma-Schmelzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch o e k e n n z e i c h n e t, daß die Elektroden (15) konvergieren.
3. Plasma-Schmelzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 9 e k e n n z e i c h n e t, daß sie ferner eine Einrichtung (13) aufweist, um beim Gebrauch ein Schutzgas rund um den Plasmastrom (21-) einzuleiten, der von der Abgabeöffnung ausaeht.
4. Plasma-Schmelzvorrichtuna nach Ansnruch 1, 2 oder 3, dadurch q e k e n n z e i c h n e t, daß sie drei Elektroden (15) umfaßt.
5. Plasma-Schmelzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch q e k e n n z e i c h -n e t, daß die Größe der Abgabeöffnung (12) einstellbar ist.