DE4105407C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Plasmaspritzgerät zum Versprühen von pulverförmigem oder gasförmigem Material nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Plasmaspritzgerät dieser Art ist aus der EP 02 49 238 A2 bekannt. Die Kathodenanordnung besteht bei diesem Gerät aus einer Stabkathode, und die Zufuhr des Spritzmaterials erfolgt am anodenseitigen Ende des Plasmaführungskanals durch ein seitlich in diesen Kanal eingeführtes Rohr, dessen Endpartie in die Kanalachse umgebogen ist.

Der Wirkungsgrad eines derartigen Plasmaspritzgerätes ist ziemlich gering, da ein erheblicher Teil der Lichtbogenener­ gie durch Wärmeübergang an die gekühlte Wandung des verhält­ nismäßig engen Plasmaführungskanals verlorengeht und für das Aufschmelzen und Beschleunigen des Spritzmaterials nur die verbleibende Energie des freien Plasmastrahls zur Verfügung steht. Außerdem führt die gewählte Anordnung der Austritts­ düse für die Zufuhr des Spritzmaterials innerhalb des Plasma­ führungskanals zu Schwierigkeiten, weil die Austrittsdüse und der Plasmastrahl sich gegenseitig ungünstig beeinflussen. Einerseits wird die Strömung des Plasmastrahls durch die Aus­ trittsdüse mechanisch behindert, andererseits wird die Aus­ trittsdüse im Zentrum des Plasmastrahls thermisch außeror­ dentlich stark beansprucht.

Die Erfindung sucht diese Nachteile durch eine Verlegung der Spritzmaterialzufuhr an das kathodenseitige Ende des Plasma­ führungskanals zu vermeiden. Vorschläge in dieser Richtung sind zwar an sich bekannt; deren Anwendung in Verbindung mit einem Plasmaspritzgerät der eingangs genannten Art haben aber bisher zu keinen befriedigenden Ergebnissen geführt.

Das DE-GM 19 32 150 zeigt ein Plasmaspritzgerät mit einem in­ direkten Plasmatron, das mit einem Kurzlichtbogen arbeitet. Eine hohlzylindrische Kathode arbeitet mit einer ebenfalls hohlzylindrischen, düsenförmig ausgebildeten Anode zusammen, wobei die Kathode in die koaxial zu dieser angeordneten Anode hineinragt. Die Hohlkathode dient zugleich als Zuführ­ rohr für das Spritzmaterial, das auf diese Weise axial in den Lichtbogenraum eingeführt wird. Das Plasmagas gelangt durch den Ringspalt zwischen Kathode und Anode in den Licht­ bogenraum und anschließend in die Anodendüse, durch welche der Plasmastrahl eingeschnürt wird.

Die Anwendung einer Hohlkathode in einem Plasmatron mit Lang­ lichtbogen bereitet jedoch, insbesondere bei hohen Lichtbo­ genströmen, enorme technische Schwierigkeiten, da wegen des meist lokalen kathodischen Lichtbogenansatzes (Brennfleck) eine thermische Überlastung und damit eine vorzeitige Ab­ nützung der Kathode eintreten kann. Durch elektromagnetisch bewirkte Rotation des Lichtbogenansatzes entlang des Katho­ denrandes läßt sich diese Gefahr zwar vermindern. Auch kann durch Nachführen der Kathode, wie z. B. im Falle der längsbe­ weglichen Stabkathode nach der EP 02 49 238 A2 eine Abnützung derselben kompensiert werden. Beide Lösungen sind aber mit erhöhtem Aufwand verbunden.

Eine Verbesserung in dieser Hinsicht ergibt sich, wenn die zentrale Hohlkathode durch eine Mehrzahl von Stabkathoden er­ setzt wird und das Spritzmaterial durch ein im Zentrum der Kathoden angeordnetes Rohr zugeführt wird. Ein Beispiel für eine solche Lösung zeigt die DE 33 12 232 A1 an einem Plasmaspritzgerät mit einem direkten Plasmatron, d. h. mit einem auf das Werkstück übertragenen Lichtbogen.

Ein anderes Plasmaspritzgerät der genannten Art, mit einem indirekten Plasmatron, das mit einem Kurzlichtbogen arbeitet, besitzt ebenfalls eine Mehrzahl von Stabkathoden, welche im Kreis um die Achse einer Anodendüse parallel zueinander ange­ ordnet sind. Den Kathoden sind Hilfsanoden zur Zündung von Pilotlichtbögen zugeordnet, von denen aus unter der Einwir­ kung des längs der Kathoden strömenden Plasmagases Einzel­ lichtbögen zur Anodendüse gezogen werden, welche einen im Zentrum der Anodendüse vereinigten Plasmastrom erzeugen. Durch ein im Zentrum der Kathodenanordnung befindliches Rohr wird das Spritzmaterial axial in den Lichtbogenraum einge­ führt, und zwar direkt an den Vereinigungspunkt der einzelnen Plasmaströme. Zwar läßt sich durch die Stromaufteilung auf mehrere Kathoden deren Standzeit infolge geringerer thermi­ scher Belastung erhöhen. Da sich aber die drei Einzellicht­ bögen nicht zwangsläufig im Zentrum der Anodendüse vereinigen und nicht in den Plasmaführungskanal eindringen, sondern an Anodenpartien ansetzen, die den Kathoden näher liegen, findet keine höchstmögliche Energiekonzentration im Zentrum des Lichtbogenraumes statt, d. h. dort wo das Spritzmaterial aus dem zentralen Zuführrohr hingelangt. Somit ist davon auszu­ gehen, daß auch in diesem Fall dem Spritzmaterial die zum Aufschmelzen der Partikel erforderliche Energie größtenteils erst im freien Plasmastrahl zugeführt wird. Dies dürfte sogar erwünscht sein, weil unter diesen Umständen die Pulverteil­ chen bis zum Austritt aus der Anodendüse noch nicht aufge­ schmolzen sind und sich daher nicht an der Wandung derselben niederschlagen können.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine höchstmögliche Energiekonzentration, die bereits im Nahbereich der Kathoden­ anordnung beginnt und sich bis zur Anode oder noch darüber hinaus erstreckt, zu erzielen.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 genannten Maßnahmen gelöst.

Die gewählte Kathodenanordnung in einem mit Langlichtbogen arbeitenden, indirekten Plasmatron, in Verbindung mit der durch die Einlaufdüse gebildeten Einschnürung, gewährleistet eine größtmögliche Energiekonzentration im Düsenhohlraum. Das Spritzmaterial, welches durch das in der zentralen Achse angeordnete Zuführrohr, normalerweise mit Hilfe eines Träger­ gases, eingebracht wird, dringt bereits in Kathodennähe in den heißen Kern des Plasmastrahls ein, in welchem das Sprüh­ material, z. B. die Pulverteilchen aufgeschmolzen und weiter­ beschleunigt werden. Durch Variation des Trägergasflußes läßt sich in einfacher Weise die Anfangsgeschwindigkeit der Pulverteilchen und damit auch die technisch wichtige Verweil­ zeit derselben im Plasma einstellen. Mit diesen Größen kön­ nen in Verbindung mit einer geeigneten Wahl des Plasmagas­ flusses und des Lichtbogenstromes optimale Betriebsbedingun­ gen erreicht werden.

Der zentrale Isolationskörper dient nicht nur dazu, die Stab­ kathoden untereinander und gegenüber dem Zuführrohr elek­ trisch zu isolieren, sondern hat auch die Aufgabe, zusammen mit der Einlaufdüse einen Ringkanal zu bilden, durch welchen das Plasmagas in möglichst laminarer Form in den Kathodenraum einströmt. Wichtig ist dabei auch, daß das Plasmagas den aus dem Isolierkörper vorstehenden Kathodenspitzen entlang strömt, welche dadurch zusätzlich gekühlt werden. Dies führt zu einer Erhöhung der Kathodenstandzeit.

In einer der möglichen Ausführungsformen grenzt der Isola­ tionskörper unmittelbar an den Lichtbogenraum an und ist da­ her thermisch stark belastet. Er besteht deshalb vorzugsweise aus einem hochschmelzenden Material, z.B. aus Keramik oder Bornitrid.

Mit Rücksicht auf die thermische Belastung der Kathoden wei­ sen diese vorzugsweise einen wassergekühlten Kathodenschaft und an ihrem aktiven Ende einen in den Kathodenschaft einge­ setzten Kathodenstift aus einem hochschmelzenden Material auf. Zum Beispiel kann der Kathodenschaft aus Kupfer und der Katho­ denstift aus thoriertem Wolfram bestehen.

Die aktiven Enden der Kathoden sollten so nahe wie betriebs­ mäßig möglich beieinander liegen, damit die Vereinigung der von diesen ausgehenden Lichtbogenäste möglichst nahe der Bo­ genansatzstellen stattfindet. Da aber die Kathodenschäfte aufgrund der Hohlräume für die Wasserkühlung eine verhältnis­ mäßig großen Durchmesser aufweisen und aus Isolationsgrün­ den einen minimalen gegenseitigen Abstand haben müssen, läßt sich bei koaxialer Anordnung des Kathodenstiftes zum Katho­ denschaft nicht der gewünschte geringe gegenseitige Abstand der Kathodenstifte erreichen. Die Anordnung könnte zwar so getroffen sein, daß die Kathodenstifte schräg aufeinander zulaufen; eine solche Lösung ist jedoch vom Gesichtspunkt der Herstellung aus nicht befriedigend. Eine bevorzugte Lösung besteht deshalb darin, den Kathodenstift exzentrisch in den Kathodenschaft einzusetzen, so daß die Längsachse des Katho­ denstiftes der zentralen Längsachse näher liegt als diejenige des Kathodenschaftes.

Zur Erzielung einer laminaren Einströmung des Plasmagases in die Einlaufdüse hat es sich als zweckmäßig erwiesen, eine Gasverteilanordnung mit einer Mehrzahl von Düsen vorzusehen. Beispielsweise kann dem zwischen dem Isolationskörper und der Einlaufdüse vorhandenen Ringkanal ein auf dem Isolationskör­ per sitzender Gasverteilring mit einer Mehrzahl von Durch­ gangsbohrungen für den Einlaß des Plasmagases in den Ring­ kanal vorgelagert sein.

Eine noch vorteilhaftere Lösung besteht allerdings darin, daß dem Isolationskörper eine Gasverteilscheibe vorgelagert ist, welche sich radial vom zentralen Rohr für die Zufuhr des Spritzmaterials bis an die Wandung der Einlaufdüse erstreckt und welche mit einer Mehrzahl von im Kreis angeordneten Durchlaßbohrungen für den Einlaß des Plasmagases aus dem Ringkanal in die Einlaufdüse versehen ist. Die Durchlaß­ bohrungen haben hier die gleiche Wirkung wie diejenigen bei dem vorher erwähnten Gasverteilring. Diese Gasverteilscheibe schirmt jedoch die ganze Frontseite des Isolationskörpers ge­ gen die Einwirkung der Lichtbogenwärme ab, so daß nunmehr der Isolationskörper nicht mehr aus verhältnismäßig teurem hochschmelzendem Material bestehen muß. Dagegen soll die Gasverteilscheibe eine entsprechende Wärmebeständigkeit auf­ weisen, wobei jedoch für die Gasverteilscheibe erheblich we­ niger von dem hochschmelzenden Material benötigt wird als sonst für den Isolationskörper und im übrigen eine weniger komplizierte Form hat als jener, was zu einer einfacheren und billigeren Lösung führt.

Aufgrund ihrer Plazierung unmittelbar vor dem Isolationskör­ per besitzt die Gasverteilscheibe weitere Durchgangsbohrun­ gen, durch welche sich die Kathodenstifte erstrecken. Vor­ zugsweise haben diese Durchgangsbohrungen einen größeren Durchmesser als die Kathodenstifte. Dies ermöglicht es, einen Teil des Plasmagases durch den aufgrund der Durchmesserdif­ ferenz bestehenden Ringspalt entlang der Kathodenstifte zu leiten, womit die Kühlung derselben weiter verbessert wird.

Im übrigen können die Durchlaßbohrungen für das Plasmagas sowohl bei dem Gasverteilring als auch bei der Gasverteil­ scheibe, anstatt axial, tangential zu virtuellen, zentral­ achsigen Schraubenlinien verlaufen. Dadurch läßt sich eine Wirbelströmung des Plasmagases erreichen, was sich unter ge­ wissen Betriebsbedingungen als vorteilhaft erwiesen hat.

Die Bahnen der geschmolzenen Pulverteilchen unterliegen dem Schroteffekt, d. h. sie verlaufen in einem Kegel, der längs des Plasmaführungskanals bis zur Mündung desselben an der ringförmigen Anode innerhalb des Kanalquerschnittes liegen muß, damit sich keine geschmolzenen Teilchen an der Kanal­ wandung ablagern können. Diese Bedingung läßt sich ebenfalls durch geeignete Wahl der Betriebsparameter sowie durch ein entsprechendes Längsprofil des Plasmaführungskanals errei­ chen, z. B. dadurch, daß sich der Plasmaführungskanal im An­ schluß an die Einlaufdüse zur Anode hin stetig erweitert.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dar­ gestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 ein Plasmaspritzgerät nach der Erfindung im Längs­ schnitt;

Fig. 2 einen auf den Kathodenraum beschränkten Querschnitt nach den Linien II-II in Fig. 1, in größerem Maß­ stab;

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht des Plasmaführungs­ kanals gemäß der Ausführungsform nach Fig. 1 in größerem Maßstab, mit eingezeichneter Plasma- und Spritzmaterialströmung;

Fig. 4 einen auf den Kathodenraum beschränkten Teillängs­ schnitt einer in diesem Bereich abgeänderten Aus­ führungsform des erfindungsgemäßen Plasmaspritzge­ rätes;

Fig. 5 eine Ansicht auf die den Lichtbogenraum rückseitig abschließenden Teile aus der Richtung X in Fig. 4;

Fig. 6 einen auf den Kathodenraum beschränkten Teillängs­ schnitt mit einer weiteren Variante der Mittel zur Gasführung in diesem Bereich;

Fig. 7 eine Ansicht auf die den Lichtbogenraum rückseitig abschließenden Teile aus der Richtung X in Fig. 6; und

Fig. 8 eine Seitenansicht der in der Ausführungsform nach den Fig. 6 und 7 vorgesehenen Gasführungshülse.

Das Plasmaspritzgerät nach den Fig. 1 und 2 besitzt drei stabförmige Kathoden 1, welche parallel zueinander verlaufen und im Kreis um die zentrale Längsachse 2 des Gerätes gleich­ mäßig verteilt angeordnet sind, ferner eine von den Kathoden 1 distanzierte ringförmige Anode 3 und einen von den Kathoden 1 zur Anode 3 sich erstreckenden Plasmaführungskanal 4. Der Plasmaführungskanal 4 ist durch eine Anzahl ringförmiger, voneinander elektrisch isolierter Neutroden 6 bis 12 und die ringförmige Anode 3 gebildet.

Die Kathoden 1 weisen je einen aus zwei Teilen 51 und 52 be­ stehenden Kathodenschaft z. B. aus Kupfer auf, welcher in ei­ nem Kathodenträger 13 aus Isoliermaterial verankert ist. An diesen schließt sich ein hülsenförmiger Anodenträger 14 aus Isoliermaterial an, der die Neutroden 6 bis 12 und die Anode 3 umgibt. Das Ganze wird zusammengehalten durch drei Metall­ hülsen 15, 16 und 17, wobei die erste Hülse 15 mit dem Katho­ denträger 13 stirnseitig und die zweite Hülse 16 mit der er­ sten umfänglich verschraubt ist, während die dritte Hülse 17 einerseits an der zweiten Hülse 16 lose verankert und ande­ rerseits mit dem Anodenträger 14 umfänglich verschraubt ist. Die dritte Hülse 17 drückt außerdem mit einem nach innen ge­ richteten Flanschrand 18 gegen den Anodenring 3 und hält da­ mit die den Plasmaführungskanal 4 bildenden Elemente zusam­ men, wobei sich die den Kathoden 1 am nächsten liegende Neu­ trode 6 an einem Innenbund 19 des Anodenträgers 4 abstützt.

Die Kathoden 1 tragen an ihren Enden Kathodenstifte 20, welche aus einem elektrisch und thermisch besonders gut leitenden und zudem hochschmelzenden Material, z. B. Wolfram, bestehen. Dabei sind die Kathodenstifte 20 derart exzentrisch zur jeweiligen Achse der Kathodenschäfte 51, 52 angeordnet, daß deren Längsachsen der zentralen Längsachse 2 näher lie­ gen als diejenigen der Kathodenschäfte.

An den Kathodenträger 13 ist auf der dem Plasmaführungskanal 4 zugewandten Seite ein zentraler Isolierkörper 21 aus hoch­ schmelzendem Material, z. B. Keramik oder Bornitrid, ange­ setzt, welcher in fester Position zur ersten Neutrode 6 ange­ ordnet ist und aus dem die Kathodenstifte 20 heraus in den Hohlraum 22 der durch die erste Neutrode 6 gebildeten Ein­ laufdüse ragen. Der freiliegende Teil der äußeren Mantel­ fläche des Isolierkörpers 21 liegt einem Teil der Düsenwan­ dung radial gegenüber und bildet mit diesem Wandungsteil ei­ nen Ringkanal 23 für den Einlaß des Plasmagases in den Dü­ senhohlraum 22.

Die Zufuhr des Spritzmaterials SM, z. B. Metall- oder Keramik­ pulver, in den Plasmastrahl erfolgt mit Hilfe eines Träger­ gases TG am kathodenseitigen Ende des Plasmaführungskanals 4. Zu diesem Zweck ist ein in der Längsachse 2 verlaufendes und vom Isolierkörper 21 gehaltenes Rohr 24 vorgesehen, das eben­ falls in den Düsenhohlraum 22 mündet, wobei sich die Katho­ denstifte 20 über die Mündung 25 des Rohrs 24 hinaus er­ strecken.

Das Plasmagas PG wird durch einen im Kathodenträger 13 vor­ gesehenen Querkanal 26 zugeführt, welcher in einen Längskanal 27 übergeht, aus dem das Plasmagas in einen Ringraum 28 und von da in den Ringkanal 23 gelangt. Zur Erzielung einer mög­ lichst laminaren Einströmung des Plasmagases in den Düsen­ hohlraum 22 ist ein auf dem Isolierkörper 21 sitzender Gas­ verteilring 29 mit einer Mehrzahl von Durchgangsbohrungen 30 vorgesehen, welche den Ringraum 28 mit dem Ringkanal 23 ver­ binden.

Die den Plasmaführungskanal 4 bildenden Elemente, nämlich die Anode 3 und die Neutroden 6 bis 12, sind durch Ringscheiben 31 aus Isoliermaterial, z. B. Bornitrid, gegeneinander elek­ trisch isoliert und durch Dichtungsringe 32 gasdicht mitein­ ander verbunden. Der Plasmaführungskanal 4 weist im kathoden­ nahen Bereich eine Einschnürungszone 33 auf und erweitert sich im Anschluß an diese Einschnürungszone 33 zur Anode 3 hin auf einen Durchmesser, welcher mindestens 1,5mal so groß ist wie der Kanaldurchmesser an der engsten Stelle der Einschnürungszone 33. Nach dieser Erweiterung verläuft der Plasmaführungskanal 4 zylindrisch bis an sein anodenseitiges Ende. Während die Neutroden 6 bis 12 z. B. aus Kupfer beste­ hen, ist die Anode 3 aus einem Außenring 34, z. B. aus Ku­ pfer, und einem Innenring 35 aus einem elektrisch und ther­ misch besonders gut leitenden und zudem hochschmelzenden Ma­ terial, z. B. Wolfram, aufgebaut.

Um die Plasmaströmung, insbesondere im Düsenbereich, nicht durch Spalte in der Wandung des Plasmaführungskanals 4 zu be­ hindern, erstreckt sich die den Kathodenstäben 1 am nächsten liegende Neutrode 6 über die ganze Einschnürungszone 33, da­ mit die Kanalwandung 5 bis über die engste Stelle der Ein­ schnürungszone hinaus einen stetigen Verlauf aufweist.

Die der Lichtbogen- und Plasmawärme unmittelbar ausgesetzten Teile sind weitgehend wassergekühlt. Zu diesem Zweck sind im Kathodenhalter 13, im Teil 52 des Kathodenschaftes und im Anodenhalter 14 verschiedene Hohlräume für die Zirkulation des Kühlwassers KW vorgesehen. Der Kathodenhalter 13 weist drei Ringräume 36, 37 und 38 auf, die mit Anschlußleitungen 39, 40 bzw. 41 verbunden sind, und der Anodenhalter 14 weist im Bereich der Anode 3 einen Ringraum 42 und im Bereich der Neutroden 6 bis 12 einen alle Neutroden umgebenden Hohlraum 43 auf. Kühlwasser KW wird über die Anschlußleitungen 39 und 41 zugeführt. Das Kühlwasser der Anschlußleitung 39 gelangt durch einen Längskanal 44 zunächst zu dem die thermisch am stärksten belastete Anode 3 umgebenden Ringraum 42. Von da strömt das Kühlwasser durch den Hohlraum 43 der Mantelfläche der Neutroden 6 bis 12 entlang zurück durch einen Längskanal 45 in den Ringraum 37. Das Kühlwasser der Anschlußleitung 41 fließt in einen Ringraum 38 und aus diesem in je einen Hohl­ raum 46 der Kathodenschaftteile 52, welcher durch eine zylin­ drische Trennwand 47 unterteilt ist. Aus den Kathodenschäften gelangt das Kühlwasser schließlich in den Ringraum 37, aus dem es über die Anschlußleitung 40 abfließt.

Die Fig. 3 zeigt den ungefähren Verlauf des Lichtbogens 48 beim Betrieb des Plasmaspritzgerätes nach den Fig. 1 und 2, sowie den Strömungsverlauf des Plasmagases PG und die Flug­ bahn des Spritzmaterials SM. Man erkennt deutlich die Wirkung der Einschnürungszone 33 und der anschließenden Erweiterung des Plasmaführungskanals 4. Die von den einzelnen Kathoden­ stiften 20 ausgehenden Lichtbogenäste 49 vereinigen sich in unmittelbarer Nähe der Bogenansatzstellen, und zwar einer­ seits aufgrund des geringen gegenseitigen Abstandes der Ka­ thodenstifte 20 und andererseits wegen der kathodennahen Ein­ schnürungszone 33, welche das Plasma und die Stromlinien der­ art einengen, daß sich im Zentrum des Plasmaführungskanals 4 bereits an der Stelle der Spritzmaterialzufuhr eine hohe Energiekonzentration ergibt und keine kalte Seele im Plasma­ strahl auftritt. Im erweiterten Teil des Plasmaführungskanals 4 ist der Abstand der Kanalwandung 50 zum Plasmastrahl ver­ hältnismäßig groß. Unter diesen Umständen wird die Kanal­ wandung 50 in diesem Bereich thermisch weniger beansprucht, und die Kühlleistung läßt sich dementsprechend verringern.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine im Bereich des Kathodenraumes abgeänderte Ausführungsform des Plasmaspritzgerätes, welches im übrigen gleich ausgebildet sein kann dasjenige nach Fig. 1. Im vorliegenden Beispiel sind für die gleichbleibenden Teile des Gerätes die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet worden.

Der Unterschied zur ersten Ausführungsform besteht darin, daß der Gasverteilring 29 in Fig. 1 durch eine Gasverteil­ scheibe 53 ersetzt ist, welche dem zentralen Isolationskörper 54 vorgelagert ist und sich radial vom zentralen Rohr 24 für die Zufuhr des Spritzmaterials bis an die Wandung 55 der Ein­ laufdüse 6 erstreckt. Diese Gasverteilscheibe 53 ist mit ei­ ner Mehrzahl von im Kreis angeordneten Durchlaßbohrungen 56 für den Einlaß des Plasmagases aus dem Ringkanal 57 in den Düsenhohlraum 22 der Einlaufdüse 6 versehen ist. Wie in Fig. 5 angedeutet ist, haben die Durchlaßbohrungen 56 eine tan­ gentiale Richtungskomponente, so daß das Plasmagas in einem Wirbel um die zentrale Längsachse 2 in die Einlaufdüse 6 ein­ strömt. Die gleiche Maßnahme kann selbstverständlich auch bei dem Gasverteilring 29 nach Fig. 1 vorgesehen sein.

Die der Gasverteilscheibe 53 zugewandte Frontfläche des Iso­ lationskörpers 54 ist bereichsweise zurückgesetzt, so daß sich in diesen Bereichen ein sektorförmiger Hohlraum 58 er­ gibt, welcher durch die bis an die Gasverteilscheibe 53 rei­ chenden Teile 59 (strichpunktiert in Fig. 5) begrenzt sind. Die Durchgangsbohrungen 60, durch welche sich die Kathoden­ stifte 20 erstrecken, haben einen etwas größeren Durchmesser als die Kathodenstifte 20. Durch den aufgrund der Durchmes­ serdifferenz bestehenden Spalt und den Hohlraum 58 strömt ein Teil des Plasmagases aus dem Ringraum 57 unmittelbar den Ka­ thodenstiften 20 entlang in den Düsenhohlraum 22. Der Strö­ mungsverlauf ist durch die Pfeile 61 angedeutet.

Die Fig. 6 bis 8 zeigen eine weitere Variante der Mittel für die Zufuhr des Plasmagases in den Kathodenraum. Die im Ver­ gleich zu Fig. 4 gleichbleibenden Teile sind mit gleichen Be­ zugszeichen versehen.

Anstelle des Gasverteilerringes 29 in Fig. 1 bzw. der Gasver­ teilerscheibe 53 in Fig. 4 ist bei der weiteren Variante eine z. B. aus Kupfer bestehende Führungshülse 70 vorgesehen, wel­ che den Ringraum zwischen dem zentralen Isolationskörper 71 und der kathodennahen Neutrode 72 einnimmt und an ihrer Au­ ßenseite durchgehende Längsnuten 73 für den Gasdurchtritt aufweist. Wie aus Fig. 8 deutlich hervorgeht, verlaufen die Längsnuten 73 schraubenlinienförmig, so daß das aus dem Ringraum 57 in Richtung des Pfeils 74 in die Längsnuten 73 einströmende Plasmagas wirbelförmig aus der Führungshülse 70 austritt. Damit diese Wirbelströmung möglichst bis zum Er­ reichen der Lichtbogenzone erhalten bleibt, erstreckt sich die Führungshülse 70 bis nahe an die den Einschnürungsbereich begrenzende Wandung 75 der Neutrode 72.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind an der Frontseite der Kathodenschaftteile 52 sektorförmige Hohlräumme 76 im Iso­ lierkörper 71 vorgesehen, aus denen ein Teil des Plasmagases zur zusätzlichen Kühlung der Kathodenstifte 20 entlang der­ selben in den Düsenhohlraum 22 strömt. In diese sektorför­ migen Hohlräume 76 gelangt das Plasmagas durch je einen Längsspalt 77, der mit einer radialen Einlaßbohrung 78 im Isolierkörper 71 verbunden ist. Der Strömungsverlauf ist durch den Pfeil 79 angedeutet.

Claims (20)

1. Plasmaspritzgerät zum Versprühen von pulverförmigem oder gasförmigem Material, mit einem indirekten Plasmatron zur Erzeugung eines Langlichtbogens, welches eine Kathodenanordnung (1), eine von der Kathodenanordnung distanzierte ringförmige Anode (3) und einen zwischen der Kathodenanordnung (1) und der Anode (3) sich erstreckenden Plasmakanal (4) aufweist, welcher durch den Anodenring und eine Anzahl ringförmiger, voneinander elektrisch isolierter Neutroden (6-12) gebildet ist, wobei die der Kathodenanordnung (1) am nächsten liegende Neutrode eine Einlaufdüse (6) mit zur Kathodenanord­ nung hin erweitertem Querschnitt bildet, und mit einer Ein­ richtung (24) für die axiale Zufuhr des Spritzmaterials in den Plasmastrahl, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden­ anordnung (1) einen zentralen Isolationskörper (21) aufweist, welcher in fester Position zur Einlaufdüse (6) angeordnet ist und in den Hohlraum (22) derselben hineinragt, daß die Ka­ thodenanordnung (1) mehrere stabförmige, in den Isolations­ körper (21) eingebettete Kathoden (1) aufweist, welche im Kreis um eine zentrale, auf die Längsachse des Plasmafüh­ rungskanals (4) ausgerichtete und parallel zu dieser verlau­ fenden Längsachse (2) verteilt angeordnet sind und deren ak­ tive Enden (63), an welchen der Lichtbogen entsteht, aus dem Isolationskörper (21) hervor in den Hohlraum (22) der Ein­ laufdüse (6) ragen, und daß ein in der zentralen Achse des Isolationskörpers (21) verlaufendes und von diesem gehal­ tenes Rohr (24) für die Zufuhr des Spritzmaterials in den Düsenhohlraum (22) mündet.

2. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Endbereiche (20) der Kathoden (1) über die Mündung (25) des Rohrs (24) für die Zufuhr des Spritzmaterials hinaus erstrecken.

3. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolationskörper (21) aus hoch­ schmelzendem Material besteht.

4. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Isolationskörper (21) aus Keramik besteht.

5. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Isolationskörper (21) mit die Kathodenend­ bereiche (20) umgebenden Bohrungen versehen ist, die einen größeren Durchmesser aufweisen als die Kathodenendbereiche (20), um den Durchtritt von Gas, welches in Strömungsrichtung von der Kathode zur Anode fließt, zu gewährleisten.

6. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden (1) einen wassergekühlten Kathodenschaft (52) und an ihren Endbereichen einen in den Kathodenschaft eingesetzten Kathodenstift (20) aus einem hochschmelzenden Material aufweisen.

7. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kathodenschaft (51, 52) aus Kupfer und der Kathodenstift (20) aus thoriertem Wolfram besteht.

8. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kathodenstift (20) exzentrisch in den Ka­ thodenschaft (51, 52) eingesetzt ist, so daß die Längsachse des Kathodenstiftes (20) der zentralen Längsachse (2) näher liegt als diejenige des Kathodenschaftes (51, 52).

9. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mantelfläche des Isolationskörpers (21) einem Teil der Düsenwandung (5) radial gegenüberliegt und mit diesem Wandungsteil einen Ringkanal (23) für den Einlaß des Plasmagases in die Einlaufdüse (6) bildet.

10. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Erzielung einer laminaren Einströmung des Plasmagases in die Einlaufdüse (6) eine Gasverteilanordnung mit einer Mehrzahl von Düsen vorgesehen ist.

11. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem zwischen dem Isolationskörper (21) und der Einlaufdüse (6) vorhandenen Ringkanal (23) ein auf dem Isola­ tionskörper sitzender Gasverteilring (29) mit einer Mehrzahl von Durchgangsbohrungen (30) für den Einlaß des Plasmagases in den Ringkanal vorgelagert ist.

12. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Isolationskörper (21) eine Gasverteil­ scheibe (53) vorgelagert ist, welche sich radial vom zentra­ len Rohr (24) für die Zufuhr des Spritzmaterials bis an die Wandung (55) der Einlaufdüse (6) erstreckt und welche mit ei­ ner Mehrzahl von im Kreis angeordneten Durchlaßbohrungen (56) für den Einlaß des Plasmagases aus dem Ringkanal in die Einlaufdüse versehen ist.

13. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gasverteilscheibe (53) aus einem hoch­ schmelzenden Material besteht.

14. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gasverteilscheibe (53) aus Keramik besteht.

15. Plasmaspritzgerät nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsbohrungen (56) tangential zu virtuellen, zentralachsigen Schraubenli­ nien verlaufen.

16. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gasverteilscheibe (53) weitere Durchgangs­ bohrungen aufweist, durch welche sich die Kathodenstifte (20) erstrecken und deren Durchmesser größer ist als derjenige der Kathodenstifte.

17. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Gasführungshülse (70) vorgesehen ist, welche den Ringraum zwischem dem zentralen Isolationskörper (71) und der kathodennahen Neutrode (72) einnimmt und welche an ihrer Außenseite durchgehende Längsnuten (73) für den Gasdurchtritt aufweist.

18. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Längsnuten (73) schraubenlinienförmig ver­ laufen.

19. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Führungshülse (70) bis nahe an die den Einschnürungsbereich begrenzende Wandung (75) der Neutrode (72) erstreckt.

20. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich der Plasmaführungskanal (4) im Anschluß an die Einlaufdüse (6) stetig erweitert.