DE69937323T2 - Elektrode für Plasma-Lichtbogensbrenner und Verfahren zur deren Herstellung - Google Patents

Elektrode für Plasma-Lichtbogensbrenner und Verfahren zur deren Herstellung Download PDF

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Description

  • BEREICH DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Plasma-Lichtbogenbrenner und spezieller eine Elektrode zum Erhalten eines elektrischen Lichtbogens in einem Plasma-Lichtbogenbrenner.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Plasma-Lichtbogenbrenner werden weithin zum Bearbeiten von Metallen inklusive Schneiden, Schweißen, Oberflächenbehandlung, Schmelzen und Glühen eingesetzt. Solche Brenner weisen eine Elektrode auf, die einen Lichtbogen erhält, der im Plasmaschweißbetriebsmodus von der Elektrode zum Werkstück verläuft. Es ist auch üblich, dass der Lichtbogen von einem rotierenden Gaswirbelstrom umgeben wird, und in einigen Brennerdesigns ist es üblich, dass auch das Gas und der Lichtbogen von einem wirbelnden Wasserstrahl umgeben werden.
  • Die in herkömmlichen Brennern des beschriebenen Typs verwendete Elektrode umfasst typischerweise ein längliches röhrenförmiges Element aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit wie Kupfer oder einer Kupferlegierung. Das vordere oder Austrittsende der röhrenförmigen Elektrode hat eine untere Endwand mit einem darin eingebetteten emittierenden Element, das den Lichtbogen erhält. Das Element besteht aus einem Material mit einer relativ geringen Austrittsarbeit, was in der Technik als Potentialschritt definiert wird, gemessen in Elektronenvolt (eV), der eine thermoionische Emission von der Oberfläche eines Metalls bei einer bestimmten Temperatur zulässt. Angesichts dieser geringen Austrittsarbeit kann das Element somit leicht Elektronen emittieren, wenn ein elektrisches Potential daran angelegt wird, und üblicherweise eingesetzte Emissionsmaterialien sind z. B. Hafnium, Zirconium, Wolfram und deren Legierungen.
  • Ein ernsthaftes Problem in Verbindung mit Brennern des beschriebenen Typs ist die kurze Nutzungsdauer der Elektrode, besonders dann, wenn der Brenner mit einem oxidierenden Gas wie Sauerstoff oder Luft verwendet wird. Spezieller, das Gas neigt dazu, das Kupfer der das emittierende Element umgebenden Elektrode rasch zu oxidieren, und mit der Oxidation des Kupfers nimmt die Austrittsarbeit ab. Folglich wird ein Punkt erreicht, bei dem das das emittierende Element umgebende oxidierte Kupfer beginnt, den Lichtbogen anstatt das Element zu erhalten. Dabei schmelzen das Kupferoxid und das erhaltende Kupfer, was zu einer/m frühzeitigen Zerstörung und Ausfall der Elektrode führt.
  • Die Zessionarin der vorliegenden Erfindung hat zuvor eine Elektrode mit einer erheblich verbesserten Nutzungsdauer, wie im US-Patent Nr. 5023425 ( EP-A-437915 , die als der nächstliegende Stand der Technik zur Erfindung angesehen wird) beschrieben, und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Elektrode, wie im US-Patent Nr. 5097111 beschrieben, entwickelt. Das Patent '425 offenbart eine Elektrode, die einen metallischen röhrenförmigen Halter umfasst, der ein emittierendes Element am vorderen Ende trägt und eine(n) relativ nicht emittierende(n) Separator oder Hülse aufweist, der/die das emittierende Element umgibt und sich zwischen dem emittierenden Element und dem metallischen Halter befindet. Die Hülse trennt somit das emittierende Element von dem Halter. Das Patent '425 beschreibt die Hülse als vorzugsweise aus Silber gebildet, das eine hohe Oxidbildungsbeständigkeit hat. Das Silber und ein sich eventuell bildendes Oxid davon sind schlechte Emitter und daher wird der Lichtbogen weiterhin von dem emittierenden Element anstatt von der Hülse oder dem metallischen Halter emittiert. Dadurch wird die Nutzungsdauer erheblich verlängert. Die Hülse hat eine Endfläche, die mit den Enden des Halters und dem emittierenden Element bündig ist, wobei die Endfläche in einer Ausgestaltung durch einen radial nach außen verlaufenden ringförmigen Flanschteil der Hülse definiert wird.
  • Das Patent '111 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode, das die Schritte des Ausbildens eines ausgesenkten Hohlraums in der Frontfläche eines zylindrischen Rohlings aus Kupfer oder Kupferlegierung beinhaltet, wobei der Hohlraum einen ringförmigen äußeren Endabschnitt zum Aufnehmen des ringförmigen Flanschabschnitts eines nicht emittierenden Elementes aufweist. Ein zweiter Metallrohling aus einem relativ nicht emittierenden Material, vorzugsweise Silber, ist so ausgebildet, dass er im Wesentlichen in den Hohlraum passt. Der nicht emittierende Rohling wird dann metallurgisch in den Hohlraum geschweißt, indem zunächst eine Scheibe aus Silberhartlötmaterial in den Hohlraum und dann der nicht emittierende Rohling eingesetzt werden. Die Baugruppe wird dann auf eine Temperatur erhitzt, die lediglich ausreicht, um das Hartlötmaterial zu schmelzen, und während des Erhitzen wird der nicht emittierende Rohling in den Hohlraum gepresst, was zur Folge hat, dass das Hartlötmaterial nach oben fließt und die gesamte Grenzfläche zwischen dem nicht emittierenden Rohling und dem Hohlraum bedeckt. Die Baugruppe wird dann abgekühlt, was dazu führt, dass das Hartlötmaterial das Element metallurgisch in den nicht emittierenden Rohling schweißt. Als Nächstes wird der nicht emittierende Rohling axial gebohrt und ein zylindrisches Emissionselement wird in die resultierende Öffnung eingepresst. Um die Fertigung der Elektrode zu vervollständigen, wird die Frontfläche der Baugruppe maschinell bearbeitet, um eine glatte Außenfläche zu erzielen, die eine kreisförmige äußere Endfläche des Emissionselementes, einen Umgebungsring des nicht emittierenden Rohlings und einen Außenring des Metalls des Halters beinhaltet.
  • Die veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 4-147772 , die am 8. Oktober 1990 eingereicht und am 21. Mai 1992 veröffentlicht wurde, beschreibt eine Plasma-Lichtbogenbrennerelektrode mit einem Kupferhalter und einem zylindrischen Arbeitseinsatz zum Erhalten eines Lichtbogens sowie einen Metallabstandschalter, der zwischen dem Arbeitseinsatz und dem Halter angeordnet ist, um eine thermische und elektrische Kopplung dazwischen zu erzielen. Wie bei Plasma-Lichtbogenbrennern üblich ist, wird der Halter durch Umwälzen eines Kühlmittels durch das Innere des Halters gekühlt. Die Patentanmeldung beschreibt als eine Aufgabe des Metallabstandschalters die Erhöhung des Wärmeübertragungsverhältnisses zwischen dem Halter und dem Arbeitseinsatz, so dass eine verbesserte Kühlung des Arbeitseinsatzes erzielt werden kann, was angeblich die Lebensdauer der Elektrode erhöht. Der Metallabstandschalter besteht aus einem zylindrischen Hohlelement, das an beiden Enden offen ist und den zylindrischen Arbeitseinsatz umgibt. Der Metallabstandschalter besteht in einer Ausgestaltung aus einer Silberlegierung, die 24–95 Prozent Silber und 5–74 Prozent Kupfer enthält. Es heißt, diese Legierung löse die Aufgabe, den Schmelzpunkt des Metallabstandschalters gegenüber dem des Halters und des Arbeitseinsatzes zu senken, so dass die Metallschicht zwischen dem Arbeitseinsatz und dem Halter vor einem dieser Elemente schmilzt und dazwischen fließt, so den Halter vor dem Plasmalichtbogen schützt und die Hitze vom Spitzenende des Arbeitseinsatzes durch die latente Verdunstungswärme absorbiert. Es heißt, der Kupfergehalt der Legierung fördere auch ein Diffusionsbonden sowohl mit dem Kupferhalter als auch mit dem emittierenden Element, das aus Hafnium oder einer Legierung davon oder aus Zirconium oder einer Legierung davon besteht. Die Patentanmeldung gibt an, dass die radiale Dicke des Metallabstandschalters 0,01–0,8 mm betragen sollte und dass eine größere Dicke nicht wünschenswert ist, weil die gesamte Metallschicht des Abstandshalters schmelzen und der Arbeitseinsatz so aus dem Halter herausfallen kann.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die im oben erwähnten Patent '425 offenbarte Elektrode im Hinblick auf Länge und Einheitlichkeit der Nutzungsdauer der Elektrode zu verbessern. Es wurde entdeckt, dass mit der Elektrode des Patents '425 die Nutzungsdauer für die spezielle Zusammensetzung der für das nicht emittierende Element verwendeten Silberlegierung recht empfindlich sein kann und dass die Lebensdauer auf unerwartete Weise mit Änderungen der Zusammensetzung variiert. Die vorliegende Erfindung stellt eine Elektrode mit einem relativ nicht emittierenden Separator aus einer speziellen Silberlegierung bereit, die eine erheblich längere Lebensdauer für die Elektrode ermöglicht.
  • Spezieller, gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst eine Elektrode zum Erhalten eines elektrischen Lichtbogens in einem Plasma-Lichtbogenbrenner einen metallischen Halter, der eine Frontfläche mit einer in der Frontfläche ausgebildeten Aufnahme aufweist. Ein relativ nicht emittierender Separator ist in der Aufnahme montiert und es ist ein Hohlraum darin definiert. Der relativ nicht emittierende Separator ist aus Silber gefertigt, das mit 0,5 bis 4 Prozent eines Materials legiert ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Aluminium, Eisen, Blei, Zink und Legierungen davon. Diese Materialien können in Elementarform oder in Oxidform vorliegen. Ein aus einem Material mit einer relativ niedrigen Austrittsarbeit gebildetes emittierendes Element ist im Hohlraum des relativ nicht emittierenden Separators so montiert, dass sich der Separator zwischen dem metallischen Halter und dem emittierenden Element befindet und den metallischen Halter an der Frontfläche des Halters von dem emittierenden Element trennt.
  • Es wurde überraschenderweise entdeckt, dass die Nutzungsdauer von erfindungsgemäß hergestellten Elektroden durchschnittlich länger ist als die von ansonsten identischen Elektroden, deren relativ nicht emittierender Separator aus einer Silberlegierung gebildet ist, die wesentlich mehr als etwa 4 Prozent Kupfer enthält. Ferner wurde gefunden, dass die Nutzungsdauer verkürzt wird, wenn das Silber zu rein ist. So haben beispielsweise Elektroden mit dem relativ nicht emittierenden Separator aus einem im Wesentlichen reinen Silber (z. B. 0,9997 feines Silber) im Durchschnitt eine erheblich kürzere Lebensdauer als ansonsten identische Elektroden, deren relativ nicht emittierender Separator aus Silber mit 0,5 Prozent Kupfer hergestellt ist.
  • Es wurde ebenso überraschenderweise gefunden, dass die Wahl der Zusammensetzung des Separators die Geometrie des Separators und das Konstruktionsverfahren der Elektroden berücksichtigen muss, um zu gewährleisten, dass Elektroden mit einer akzeptablen Nutzungsdauer erzeugt werden. Wenn beispielsweise der Separator aus Sterlingsilber ist (92,5 Prozent Silber und der Rest Kupfer oder ein anderes Material) und zu einer nietähnlichen Gestalt mit einem zylindrischen Körper und einem ringförmigen Flansch ausgebildet ist, der die Außenfläche des Separators definiert, dann wurde gefunden, dass Elektroden eine relativ kurze Nutzungsdauer haben, wenn sie mit einem Verfahren des Kaltverformens des emittierenden Einsatzes und des Separators in dem Kupferhalter gefertigt werden, um zu bewirken, dass sich diese Elemente radial ausdehnen und in dem Halter erfasst und gehalten werden. Wenn jedoch dieselbe Separatorkonfiguration aus Silber mit einem geringeren Kupferanteil gefertigt wird, z. B. etwa 2–3 Prozent, dann kann das Kaltverformungsverfahren Elektroden mit erheblich längerer Nutzungsdauer ergeben. Im Gegensatz dazu funktioniert, wo der Separator keinen ringförmigen Flansch aufweist, das Kaltverformungsverfahren mit Silberlegierungen von etwa 0,25 bis 10 Prozent Kupfer gut.
  • Ein entsprechendes Verfahren (nicht Teil der Erfindung) zur Herstellung einer Elektrode für einen Plasma-Lichtbogenbrenner, der relativ einfach und wirtschaftlich ist, umfasst das Ausbilden eines metallischen Halters durch Formen einer Aufnahme in einer allgemein planaren Frontfläche eines metallischen Rohlings, wobei die Aufnahme entlang einer Achse allgemein normal zur Frontfläche verläuft und eine Endwand in dem Rohling aufweist. Ein relativ nicht emittierender Separator wird aus einem plastisch verformbaren, relativ nicht emittierenden Material gebildet, so dass der relativ nicht emittierende Separator eine Außenfläche hat, die zwischen der ersten und der zweiten Endfläche verläuft. Die Außenfläche des relativ nicht emittierenden Separators ist so konfiguriert, dass sie eng in die Aufnahme in dem metallischen Halter passt, und die Länge des relativ nicht emittierenden Separators ist derart, dass die erste Endfläche allgemein planar ist und neben dem vorderen Ende des metallischen Halters liegt, wenn die zweite Endfläche an der Endwand der Aufnahme anliegt. Ein Hohlraum ist in der ersten Endfläche des relativ nicht emittierenden Separators ausgebildet. Das Verfahren beinhaltet ferner das Ausbilden eines emittierenden Elementes aus einem plastisch verformbaren Material mit einer Austrittsarbeit, die geringer ist als die des relativ nicht emittierenden Separators, so dass das emittierende Element in den Hohlraum im Separator eingeschoben werden kann. Wenn es ganz darin sitzt, füllt es den Hohlraum im Wesentlichen völlig aus und seine Endfläche liegt allgemein bündig mit der ersten Endfläche des Separators.
  • Zum Zusammenfügen der Elektrode wird der Separator in die Aufnahme des metallischen Halters eingeführt, so dass die zweite Endfläche des Separators an der Endfläche der Aufnahme anliegt und die erste Endfläche des Separators neben der Frontfläche des metallischen Halters liegt. Das emittierende Element wird in den Hohlraum des Separators eingeführt, bis die Endfläche des emittierenden Elementes allgemein bündig mit der ersten Endfläche des Separators ist. Dann werden die Endfläche des emittierenden Elementes und die erste Endfläche des Separators in einer Richtung allgemein parallel zur Achse des metallischen Halters mit Kraft beaufschlagt, um das emittierende Element und den Separator radial nach außen plastisch zu verformen, bis das emittierende Element fest erfasst und von dem relativ nicht emittierenden Separator gehalten wird und der Separator von dem metallischen Halter fest erfasst und gehalten wird.
  • In einem Beispiel, das nicht Bestandteil der Erfindung ist, wird der Separator so ausgebildet, dass er einen hohlzylindrischen Körper und eine Bodenwand aufweist, die ein Ende des Körpers verschließt, und der Separator ist aus Silber konstruiert, das mit etwa 0,25 bis 10 Prozent Kupfer legiert ist.
  • In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Separator so ausgebildet, dass er einen hohlzylindrischen Körper, eine ein Ende des Körpers verschließende Bodenwand und einen mit dem anderen Ende des Körpers verbundenen ringförmigen Flansch aufweist. Der Separator ist aus Silber konstruiert, das mit etwa 0,5 bis 4 Prozent und vorzugsweise 2–3 Prozent Kupfer legiert ist.
  • Das emittierende Element und der relativ nicht emittierende Separator werden vorteilhafterweise durch Schlagen auf die Endfläche des emittierenden Elementes und die erste Endfläche des Separators mit der allgemein planaren, kreisförmigen Arbeitsfläche eines Werkzeugs plastisch verformt, wobei der Außendurchmesser der Arbeitsfläche geringfügig kleiner ist als die Aufnahme des metallischen Halters.
  • Vorzugsweise wird dann auf der Elektrode eine allgemein flache Endfläche durch maschinelles Bearbeiten des vorderen Endes des metallischen Halters, der ersten Endfläche des relativ nicht emittierenden Separators und der Endfläche des emittierenden Elementes gebildet, so dass sie allgemein flach und bündig miteinander sind.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die oben erwähnten sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bestimmter bevorzugter Ausgestaltungen davon in Verbindung mit den Begleitzeichnungen offensichtlich. Dabei zeigt:
  • 1 eine Seitenansicht eines Plasma-Lichtbogenbrenners im Schnitt, der die Merkmale der vorliegenden Erfindung ausgestaltet;
  • 2 eine vergrößerte Perspektivansicht einer Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine vergrößerte Seitenansicht einer Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung im Schnitt;
  • 47 schematische Ansichten, die die Schritte eines Verfahrens, das nicht Teil der Erfindung ist, zur Herstellung der Elektrode illustrieren;
  • 8 eine Endansicht der fertigen Elektrode;
  • 9 eine Ansicht ähnlich 6, die das Ausbildungsverfahren der Erfindung zeigt, angewendet auf eine Elektrode mit einem nietartigen Separator;
  • 10 eine Ansicht ähnlich 3, die die fertige Elektrode mit dem nietartigen Separator zeigt; und
  • 11 eine Kurve, die Ergebnisse von Tests an den erfindungsgemäß hergestellten Elektroden und die Gesamtlebensdauer der Elektrode in Abhängigkeit vom Kupferanteil für den Silberlegierungsseparator zeigt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt einen Plasma-Lichtbogenbrenner 10, der die Merkmale der vorliegenden Erfindung ausgestaltet. Der Brenner 10 umfasst eine Düsenbaugruppe 12 und eine röhrenförmige Elektrode 14. Die Elektrode 14 besteht vorzugsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und setzt sich aus einem oberen röhrenförmigen Element 15 und einem unteren becherförmigen Element oder Halter 16 zusammen. Das obere röhrenförmige Element 15 hat eine längliche, offene, röhrenförmige Konstruktion und definiert die Längsachse des Brenners 10. Das obere röhrenförmige Element 15 hat einen unteren Endabschnitt 17 mit Innengewinde. Der Halter 16 ist ebenfalls röhrenförmig und hat ein unteres vorderes Ende und ein oberes hinteres Ende. Eine transversale Endwand 18 verschließt das vordere Ende des Halters 16 und die transversale Endwand 18 definiert eine äußere Frontfläche 20 (2). Das hintere Ende des Halters 16 hat ein Außengewinde und wird auf den unteren Endabschnitt 17 des oberen röhrenförmigen Elementes 15 geschraubt.
  • Mit hauptsächlicher Bezugnahme auf die 2 und 3, der Halter 16 ist am hinteren Ende 19 offen, so dass der Halter becherförmig ist und einen internen Hohlraum 22 definiert. Die vordere Endwand 18 des Halters weist einen zylindrischen Pfosten 23 auf, der nach hinten in den internen Hohlraum 22 und entlang der Längsachse verläuft. Eine Aufnahme 24 ist in der Vorderseite 20 der Endwand 18 ausgebildet und verläuft nach hinten entlang der Längsachse in einen Abschnitt der Länge des Pfostens 23. Die Aufnahme 24 ist allgemein zylindrisch und hat vorzugsweise eine konische innere Endwand 25. Der Halbwinkel der konischen inneren Endwand 25 beträgt vorzugsweise etwa 65° bis 75°.
  • Eine emittierende Elementebaugruppe 26 ist in der Aufnahme 24 montiert und umfasst ein allgemein zylindrisches emittierendes Element 28, das koaxial entlang der Längsachse angeordnet ist und eine kreisförmige äußere Endfläche 29 hat, die in der Ebene der Frontfläche 20 des Halters 16 liegt. Das emittierende Element 28 hat auch eine allgemein kreisförmige innere Endfläche 30, die in der Aufnahme 24 angeordnet ist und gegenüber der äußeren Endfläche 29 liegt. Das emittierende Element 28 besteht aus einem metallischen Material mit einer relativ geringen Austrittsarbeit in einem Bereich von etwa 2,7 bis 4,2 eV und kann so ausgelegt werden, dass es nach dem Anlegen eines elektrischen Potentials daran leicht Elektronen emittieren kann. Geeignete Beispiele für solche Materialien sind Hafnium, Zirconium, Wolfram und Legierungen davon.
  • Die emittierende Elementebaugruppe 26 beinhaltet auch einen relativ nicht emittierenden Separator 32, der in der Aufnahme 24 koaxial um das emittierende Element 28 herum positioniert ist. Der Separator 32 kann eine periphere Wand 33 (45), die über die Länge des emittierenden Elementes 28 verläuft, und eine geschlossene Bodenwand 34 haben. Die periphere Wand 33 ist mit einem im Wesentlichen konstanten Außendurchmesser über die Länge des Separators illustriert, aber man wird verstehen, dass auch andere geometrische Konfigurationen in den Umfang der Erfindung fallen würden. Wenn die Aufnahme 24 die konische Endwand 25 aufweist, dann definiert die geschlossene Bodenwand 34 vorzugsweise eine äußere Endfläche, die konisch ist, so dass sie zur Gestalt der konischen Endwand 25 passt. In dem Separator 32 ist eine Öffnung wie z. B. ein zylindrischer Hohlraum 35 in Form eines zylindrischen Blindlochs koaxial zur Längsachse ausgebildet, und das emittierende Element 28 füllt den Hohlraum 35 im Wesentlichen völlig aus. Wie am besten in 4 zu sehen ist, definiert die Bodenwand 34 des Separators eine Innenfläche 37, an der das emittierende Element 28 anliegt. Die Innenfläche 37 ist vorzugsweise so gestaltet, dass sie einen planaren, kreisförmigen mittleren Abschnitt 37a lotrecht zur Längsachse und einen kegelstumpfförmigen äußeren Abschnitt 37b koaxial zur Längsachse hat. Der Halbwinkel des kegelstumpfförmigen Abschnitts 37b beträgt vorzugsweise etwa 30°. Das emittierende Element 28 hat vorzugsweise eine innere Endfläche 30, deren Gestalt der Innenfläche 37 entspricht, und so weist die innere Endfläche 30 einen planaren, kreisförmigen mittleren Abschnitt 30a und einen kegelstumpfförmigen äußeren Abschnitt 30b (6) mit einem Halbwinkel von etwa 30° auf.
  • Der Separator 32 hat auch eine äußere Endfläche 36, die allgemein bündig mit der kreisförmigen äußeren Endfläche 29 des emittierenden Elementes 28 und auch allgemein bündig mit der Frontfläche 20 des Halters 16 ist. Der Separator 32 hat vorzugsweise eine radiale Dicke von wenigstens etwa 0,25 mm (0,01 Zoll) an der äußeren Endfläche 36 und entlang ihrer gesamten Länge, und der Durchmesser des emittierenden Elementes 28 beträgt vorzugsweise etwa 30–80 Prozent des Außendurchmessers der Endfläche 36 des Separators. Als spezielles Beispiel, das emittierende Element 28 hat typischerweise einen Durchmesser von etwa 2 mm (0,08 Zoll) und eine Länge von etwa 6 mm (0,24 Zoll), und der Außendurchmesser des Separators 32 beträgt etwa 4 mm (0,16 Zoll).
  • Der Separator 32 besteht aus einem metallischen Material mit einer Austrittsarbeit, die größer als die des Materials des Halters 16 und auch größer als die des Materials des emittierenden Elementes 28 ist.
  • Spezieller, es wird bevorzugt, dass der Separator aus einem metallischen Material mit einer Austrittsarbeit von wenigstens etwa 4,3 eV besteht.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Separator 32 aus einem Silberlegierungsmetall ausgebildet, das Silber umfasst, das mit etwa 0,5 bis 4 Prozent eines zusätzlichen Materials legiert ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Aluminium, Eisen, Blei, Zink und Legierungen davon. Wie zuvor erwähnt, kann das zusätzliche Material in Elementarform oder in Oxidform vorliegen und somit soll der hierin verwendete Begriff „Kupfer" sowohl die Elementarform als auch die Oxidform umfassen, dasselbe gilt für die Begriffe „Aluminium" und dergleichen. Es wurde unerwarteterweise entdeckt, dass die Nutzungsdauer der Elektrode herabgesetzt wird, wenn der Separator aus Silber gebildet ist, das zu rein ist, wie z. B. 0,9997 feines Silber. Es wurde ebenso entdeckt, dass, wenn der Separator aus einem Silber gebildet ist, das im Wesentlichen mehr als 3 Prozent Kupfer enthält, die Nutzungsdauer der Elektrode zurückzugehen beginnt. Es gibt somit eine Tendenz für einen optimalen Bereich von etwa 0,5 bis 4 Prozent für das zusätzliche Material der Silberlegierung, das eine optimale Nutzungsdauer für die Elektrode ergibt.
  • Stärker bevorzugt wird, wenn der Separator aus Silber konstruiert ist, das mit 1,5 bis 3,5 Prozent des zusätzlichen Materials legiert ist. Kupfer wird als zusätzliches Material bevorzugt, ein besonders bevorzugter Legierungsanteil ist etwa 2–3 Prozent Kupfer. Ohne sich durch die Theorie binden zu wollen, sind die Erfinder der Ansicht, dass eine mögliche Erklärung für die unerwarteten Vorteile der vorliegenden Erfindung ist, dass die Verunreinigungen (d. h. das Kupfer) die Austrittsarbeit des Silbers erhöhen oder auf irgendeine andere Weise die Wahrscheinlichkeit reduzieren, dass das Silber den Lichtbogen erhält. Eine weitere mögliche Erklärung ist, dass reines Silber eine relativ niedrige Streckgrenze hat, und demgemäß kann es ein Separator bestehend aus einem äußerst reinen Silber eventuell zulassen, dass sich eine Lücke zwischen dem Separator und dem Kupferhalter öffnet, wenn der Brenner abgeschaltet wird und die Elektrode abkühlt (da Silber einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizient hat als Kupfer). Die Lücke neigt dazu, bei der nachfolgenden Arbeit eine Überhitzung des Separators zu verursachen. Aufgrund des Zusatzes von Kupfer zum Silber gibt der Separator möglicherweise unter der Wärmeausdehnungsspannung weniger nach und dies kann erklären, warum Elektroden mit den Silber-Kupfer-Separatoren eine geringere Neigung zur Entstehung von Lücken an der Grenzfläche zwischen dem Kupferhalter und dem Separator haben.
  • Wieder mit Bezug auf 1, in der illustrierten Ausgestaltung wird die Elektrode 14 in einem Plasma-Lichtbogenbrennerkörper 38 montiert, der jeweils Gas- und Flüssigkeitskanäle 40 und 42 hat. Der Brennerkörper 38 wird von einem äußeren isolierten Gehäuseelement 44 umgeben.
  • Eine Röhre 46 ist in der mittleren Bohrung 48 der Elektrode 14 aufgehängt, um ein flüssiges Kühlmedium wie Wasser durch die Elektrodenkonstruktion 14 umzuwälzen. Die Röhre 46 hat einen Außendurchmesser, der geringer ist als der Durchmesser der Bohrung 48, so dass sich ein Raum 49 zwischen der Röhre 46 und der Bohrung 48 befindet, damit Wasser nach dem Austreten aus dem offenen unteren Ende der Röhre 46 darin fließen kann. Das Wasser fließt von einer Quelle (nicht dargestellt) durch die Röhre 46 an dem Pfosten 23 im Halter 16 entlang und zurück durch den Raum 49 zur Öffnung 52 im Brennerkörper 38 und zu einem Abflussschlauch (nicht dargestellt). Der Kanal 42 leitet Injektionswasser in die Düsenbaugruppe 12, wo es in einen rotierenden Wirbel umgewandelt wird, der den Plasmalichtbogen umgibt, wie nachfolgend näher erläutert wird. Der Gaskanal 40 leitet Gas von einer geeigneten Quelle (nicht dargestellt) durch eine Gasablenkplatte 54 aus einem geeigneten Hochtemperaturmaterial durch Einlasslöcher 58 in eine Gasplenumkammer 56. Die Einlasslöcher 58 sind so angeordnet, dass sie bewirken, dass das Gas wirbelnd in die Plenumkammer 56 eintritt. Das Gas fließt von der Plenumkammer 56 durch koaxiale Bohrungen 60 und 62 der Düsenbaugruppe 12 aus der Plenumkammer 56 hinaus. Die Elektrode 14 hält die Gasablenkplatte 54. Der Hochtemperatur-Plastikisolatorkörper 55 isoliert die Düsenbaugruppe 12 elektrisch von der Elektrode 14.
  • Die Düsenbaugruppe 12 umfasst ein oberes Düsenelement 63, das die erste Bohrung 60 definiert, und ein unteres Düsenelement 64, das die zweite Bohrung 62 definiert. Das obere Düsenelement 63 besteht vorzugsweise aus einem metallischen Material und das untere Düsenelement 64 vorzugsweise aus einem metallischen oder keramischen Material. Die Bohrung 60 des oberen Düsenelementes 63 fluchtet axial mit der Längsachse der Brennerelektrode 14.
  • Das untere Düsenelement 64 ist durch ein Plastikabstandselement 65 und einen Wasserverwirbelungsring 66 vom oberen Düsenelement 63 getrennt. Der zwischen dem oberen Düsenelement 63 und dem unteren Düsenelement 64 vorhandene Raum bildet eine Wasserkammer 67.
  • Das untere Düsenelement 64 umfasst einen zylindrischen Körperabschnitt 70, der einen vorderen oder unteren Endabschnitt und einen hinteren oder oberen Endabschnitt definiert, wobei die Bohrung 62 koaxial durch den Körperabschnitt 70 verläuft. Ein ringförmiger Montageflansch 71 befindet sich am hinteren Endabschnitt und eine kegelstumpfförmige Fläche 72 ist auf der Außenseite des vorderen Endabschnitts koaxial mit der zweiten Bohrung 62 ausgebildet. Der ringförmige Flansch 71 wird von unten durch einen nach innen gerichteten Flansch 73 am unteren Ende des Bechers 74 getragen, wobei der Becher 74 lösbar durch Schraubgewinde am äußeren Gehäuseelement 44 montiert ist. Eine Dichtung 75 ist zwischen den beiden Flanschen 71 und 73 angeordnet.
  • Die Bohrung 62 im unteren Düsenelement 64 ist zylindrisch und wird mit der Bohrung 60 im oberen Düsenelement 63 durch eine Zentrierhülse 78 aus einem beliebigen geeigneten Plastikmaterial in axialer Ausrichtung gehalten. Wasser strömt von dem Kanal 42 durch Öffnungen 85 in der Hülse 78 zu den Injektionsöffnungen 87 des Verwirbelungsrings 66, der das Wasser in die Wasserkammer 67 injiziert. Die Injektionsöffnungen 87 sind tangential um den Verwirbelungsring 66 herum angeordnet, um dem Wasserstrom in der Wasserkammer 67 eine Wirbelgeschwindigkeitskomponente zu verleihen. Das Wasser tritt durch die Bohrung 62 aus der Wasserkammer 67 aus.
  • Eine Stromversorgung (nicht dargestellt) ist mit der Brennerelektrode 14 in einer Serienschaltungsbeziehung mit einem Metallwerkstück verbunden, das gewöhnlich geerdet ist. Beim Betrieb wird ein Plasmalichtbogen zwischen dem emittierenden Element 28 der Elektrode, das als Kathodenanschluss für den Lichtbogen dient, und dem Werkstück hergestellt, das mit der Anode der Stromversorgung verbunden ist und sich unterhalb des unteren Düsenelementes 64 befindet. Der Plasmalichtbogen wird auf herkömmliche Weise durch momentanes Herstellen eines Pilotlichtbogens zwischen der Elektrode 14 und der Düsenbaugruppe 12 gestartet und der Lichtbogen wird dann durch die Bohrungen 60 und 62 auf das Werkstück übertragen.
  • FERTIGUNGSVERFAHREN
  • Die 47 illustrieren ein Verfahren (das nicht Teil der Erfindung ist) zur Herstellung der Elektrode gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in 4 gezeigt, ist ein zylindrischer Rohling 94 aus Kupfer oder Kupferlegierung mit einer Frontfläche 95 und einer gegenüberliegenden Rückfläche 96 vorgesehen. Eine allgemein zylindrische Bohrung wird dann beispielsweise durch Bohren in der Frontfläche 95 ausgebildet, um die oben beschriebene Aufnahme 24 zu bilden.
  • Ein Separator 32 wird aus einem Silberlegierungsmaterial gebildet. Wie zuvor beschrieben, umfasst das Silberlegierungsmaterial für den hohlzylindrischen Separator 32 Silber, das mit etwa 0,25 bis 10 Prozent Kupfer legiert ist. Der Separator ist so konfiguriert und bemessen, dass er eng sitzend in die Aufnahme 24 passt. Der Separator 32 kann ausgebildet werden, indem zunächst ein allgemein zylindrischer massiver Rohling hergestellt und dann ein zylindrischer Hohlraum 35 koaxial darin ausgebildet wird, z. B. durch Bohren.
  • Als Nächstes wird, wie in 5 gezeigt, ein allgemein zylindrisches emittierendes Element 28 aus einem metallischen Material mit einer relativ geringen Austrittsarbeit wie oben beschrieben gebildet. Das emittierende Element 28 wird so bemessen, dass es eng sitzend in den Hohlraum 35 im Separator 32 passt und diesen im Wesentlichen völlig ausfüllt. Das emittierende Element 28 wird in den Hohlraum 35 eingeführt, bis das innere Ende 30 des Elementes 28 an der geschlossenen Endwand 34 des Separators 32 anliegt, und die äußere kreisförmige Endfläche 29 des Elementes ist allgemein bündig mit der äußeren Endfläche 36 des Separators 32.
  • Mit Bezug auf 6, ein Werkzeug 98 mit einer allgemein planaren kreisförmigen Arbeitsfläche 100 wird mit der Arbeitsfläche 100 jeweils in Kontakt mit der Endfläche 29 und der Endfläche 36 des emittierenden Elementes bzw. des Separators gesetzt. Der Außendurchmesser der Arbeitsfläche 100 ist geringfügig kleiner als der Durchmesser der Aufnahme 24 im Halterrohling 94. Das Werkzeug 98 wird mit der Arbeitsfläche 100 allgemein koaxial mit der Längsachse des emittierenden Elementes 28 gehalten, und Kraft wird auf das Werkzeug aufgebracht, um das emittierende Element 28 und den Separator 32 entlang der Längsachse mit axialen Kompressionskräften zu beaufschlagen. So kann beispielsweise das Werkzeug 98 in Kontakt mit dem Element und dem Separator gebracht werden, dann kann mit einem geeigneten Gerät wie z. B. dem Stoßkolben einer Maschine darauf geschlagen werden. Unabhängig von dem speziellen angewendeten Verfahren wird eine ausreichende Kraft aufgebracht, um zu bewirken, dass das emittierende Element 28 und der Separator 32 radial nach außen verformt werden, so dass das emittierende Element 28 vom Separator 32 fest erfasst und gehalten wird und der Separator 32 vom metallischen Halterrohling 94 wie in 7 gezeigt fest erfasst und gehalten wird.
  • Zum Vervollständigen der Fertigung des Halters 16 wird die Rückfläche 96 des Rohlings 94 maschinell bearbeitet, um die offene becherförmige Konfiguration mit dem Hohlraum 22 darin und mit einer ringförmigen Innenaussparung darin auszubilden, die die Aufnahme 24 koaxial umgibt, um den zylindrischen Pfosten 23 wie in 3 gezeigt zu bilden. Die Außenperipherie des Rohlings 94 wird ebenfalls nach Bedarf gestaltet, einschließlich der Bildung eines Außengewindes 102 am hinteren Ende. Schließlich werden die Frontfläche 95 des Rohlings 94 und die Endflächen 29 und 36 des emittierenden Elementes bzw. des Separators so maschinell bearbeitet, dass sie im Wesentlichen flach und bündig miteinander sind.
  • 8 zeigt eine Endansicht der fertigen Elektrode 16. Man sieht, dass die Endfläche 36 des Separators 32 die kreisförmige Endfläche 29 des emittierenden Elementes von der Frontfläche 20 des Halters 16 trennt. Die Endfläche 36 ist ringförmig und hat einen Innenumfang 104 und einen Außenumfang 106. Da der Separator 32 aus Silberlegierungsmetall mit einer Austrittsarbeit gebildet ist, die höher ist als die des emittierenden Elementes 28, dient der Separator dazu zu verhüten, dass sich der Lichtbogen vom emittierenden Element 28 löst und sich an den Halter 16 bindet. Die radiale Dicke der Endfläche 36 zwischen dem Innenumfang 104 und dem Außenumfang 106 beträgt vorzugsweise wenigstens etwa 1 mm.
  • Wie zuvor erwähnt, umfasst die Erfindung auch Separatoren mit anderen Konfigurationen als rein zylindrischen. So umfasst die Erfindung z. B. auch nietartige Separatoren mit einem hohlzylindrischen Körper und einem ringförmigen Flansch, der an das offene Ende des Körpers gefügt ist. Wie oben erwähnt, wurde jedoch gefunden, dass der Kaltverformungsprozess zur Herstellung der oben beschriebenen Elektrode zu unakzeptablen Elektroden im Hinblick auf die Nutzungsdauer führt, wenn nietartige Elektroden aus Silber verwendet werden, das mit einem hohen Kupferprozentanteil legiert ist, wie z. B. Sterlingsilber, das 7,5 Prozent Kupfer enthält. Wenn Elektroden durch den Kaltverformungsprozess mit nietartigen Separatoren hergestellt wurden, dann wurde unerwarteterweise gefunden, dass im Durchschnitt eine erheblich längere Nutzungsdauer erzielt wird, wenn der Kupferanteil auf unter etwa 5 Prozent, speziell auf etwa 0,5 bis 4 Prozent reduziert wird. Starker bevorzugt wird, wenn der nietartige Separator etwa 2–3 Prozent Kupfer enthält.
  • Ein Beispiel, das nicht Teil der Erfindung ist, wird in den 9 und 10 illustriert. 9 zeigt ein Verfahren, mit dem ein Rohling 94' mit einer gestuften oder ausgesenkten Aufnahme 24' zum Aufnehmen eines nietähnlichen Separators 32' erzeugt wird. Der Separator 32' hat einen hohlzylindrischen Körper 33' und einen ringförmigen Flansch 110, der an das offene Ende des Körpers gefügt ist. Die Aufnahme 24' ist ähnlich wie der Separator gestaltet und beinhaltet somit einen ausgesenkten Abschnitt 112 mit einem größeren Durchmesser als der Rest der Aufnahme. Mit einem Werkzeug 98' werden die Endfläche des emittierenden Elementes 28 und die Außenfläche des ringförmigen Flansches 110 mit einer Kraft beaufschlagt, um eine radiale Ausdehnung des emittierenden Elementes und Separators wie zuvor beschrieben zu bewirken. Die Elektrode ist dann wie oben beschrieben fertig, so dass eine fertige Elektrode 16' wie in 10 gezeigt erhalten wird. Die Elektrode 16' beinhaltet einen Halter 18', einen Separator 32' und ein emittierendes Element 28.
  • In einem speziellen Beispiel hat das emittierende Element 28 einen Durchmesser von etwa 2 mm (0,08 Zoll) an seiner Endfläche 29, und der Außendurchmesser des ringförmigen Flansches 110 des Separators beträgt etwa 6,3 mm (0,25 Zoll). Der Separator 32' ist vorteilhafterweise am Silber gebildet, das mit etwa 0,5 bis 4 Prozent Kupfer, bevorzugter mit etwa 2–3 Prozent Kupfer legiert ist.
  • Es wurden Tests durchgeführt, um die Auswirkung der speziellen Silberlegierungszusammensetzung auf die Nutzungsdauer der Elektrode zu untersuchen. Es wurden mehrere identisch konfigurierte Elektroden mit nietähnlichen Separatoren wie in 10 gezeigt mit dem oben beschriebenen Kaltverformungsprozess hergestellt. Der Kupfergehalt des Separators wurde von etwa null Prozent (d. h. im Wesentlichen reines Silber) auf etwa 7,5 Prozent variiert, indem aus der Silber-Kupfer-Legierung speziell formulierte Schmelzen formuliert und aus den speziellen Schmelzen Separatoren hergestellt wurden. Jede der Elektroden wurde in einem Plasma-Lichtbogenbrenner installiert und der Brenner wurde zyklisch 30 Sekunden lang mit eingeschaltetem Lichtbogen (bei 400 A) und 4 Sekunden lang mit abgeschaltetem Lichtbogen betrieben, wobei der Ein-Ausschalt-Zyklus wiederholt wurde, bis ein „Versagen” beobachtet wurde. Ein „Versagen" war durch eine vollständige Zerstörung der Elektrode gekennzeichnet, wie z. B. dann, wenn die Elektrode explodierte (relativ selten), oder durch eine physikalische Änderung in der Düse des Brenners, wie z. B. ein Knick, eine Rille oder dergleichen, was darauf hin wies, dass der Lichtbogen nicht ordnungsgemäß auf dem emittierenden Element der Elektrode zentriert war und/oder dass ein doppelter Lichtbogen entstanden war.
  • 11 zeigt die Ergebnisse der Elektrodentestserie. Es ist ersichtlich, dass bei einem Kupfergehalt von etwa null Prozent eine Elektrodenlebensdauer von etwa 22 Minuten bis etwa 127 Minuten reicht. Bei einem Kupfergehalt von 7,5 Prozent (Sterlingsilver) reicht die Lebensdauer von etwa 65 Minuten bis etwa 135 Minuten. Es wurden zwar nur zwei Datenpunkte bei einem Kupfergehalt von 3 Prozent gewonnen, aber beide Tests überstiegen eine Elektrodenlebensdauer von 200 Minuten. Eine erhebliche Zahl von Datenpunkten wurden bei 2 Prozent Kupfergehalt genommen, wobei die Lebensdauer von etwa 126 Minuten bis etwa 195 Minuten reichte, bei einem Durchschnitt von etwa 157 Minuten. Drei Datenpunkte wurden bei 0,5 Prozent Kupfer erhalten, wobei die Lebensdauer von etwa 174 Minuten bis etwa 189 Minuten reichte.
  • So zeigen die Daten einen bemerkenswerten und unerwarteten Trend, der den Schluss nahe legt, dass ein optimaler Kupfergehaltsbereich von etwa 0,5 bis etwa 4 Prozent reicht (obwohl keine Datenpunkte bei 4 Prozent erhalten wurden, legen die Daten den Schluss nahe, dass 4 Prozent eine erhebliche Verbesserung der Elektrodenlebensdauer im Vergleich zu den bei 5 Prozent Kupfer erhaltenen Daten ergeben würde). Ferner legen die Daten, obwohl sie erheblich gestreut sind, trotzdem den Schluss nahe, dass eine Spitze im Kupferbereich von 2–3 Prozent auftritt.
  • Die Erfindung wurde zwar mit Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausgestaltungen davon erläutert und diese Ausgestaltungen wurden in erheblichem Detail beschrieben, aber man wird verstehen, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausgestaltungen begrenzt ist. Modifikationen und Substitutionen von Äquivalenten sind möglich, ohne vom Umfang der Erfindung gemäß den beiliegenden Ansprüchen Frontfläche abzuweichen.

Claims (9)

  1. Elektrode (14) zum Erhalten eines elektrischen Lichtbogens in einem Plasma-Lichtbogenbrenner (10), die Folgendes umfasst: einen metallischen Halter (16) mit einer Frontfläche und einer in der Frontfläche ausgebildeten Aufnahme (24); einen in der Aufnahme (24) montierten relativ nicht emittierenden Separator (32), der aus Silberlegierung gefertigt ist, wobei der Separator (32) eine Öffnung darin definiert; und ein emittierendes Element (28) bestehend aus einem metallischen Material mit einer relativ geringen Austrittsarbeit, wobei das emittierende Element wenigstens teilweise in der Öffnung des Separators (32) verläuft, so dass sich der Separator (32) zwischen dem metallischen Halter (16) und dem emittierenden Element (28) befindet und den metallischen Halter (16) an der Frontfläche des Halters (16) von dem emittierenden Element (28) trennt, wodurch der Separator (32) wirkt, um einer Trennung des elektrischen Lichtbogens von dem emittierenden Element (28) und einer Bindung des Lichtbogens an den metallischen Halter (16) zu widerstehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (32) aus Silber gefertigt ist, das mit 0,5 bis 4 Prozent eines zusätzlichen Materials ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Aluminium, Eisen, Blei, Zink und Legierungen davon legiert ist.
  2. Elektrode nach Anspruch 1, wobei der Separator aus Silber gefertigt ist, das mit etwa 1,5 bis 3,5 Prozent des zusätzlichen Materials legiert ist.
  3. Elektrode nach Anspruch 1, wobei der Separator aus Silber gefertigt ist, das mit etwa 2–3 Prozent Kupfer legiert ist.
  4. Elektrode nach Anspruch 1, wobei der Separator einen Hohlzylinder mit einer Bodenwand umfasst, die ein Ende davon verschließt, so dass die Öffnung als zylindrisches Blindloch ausgebildet ist, wobei der Separator eine ringförmige Endfläche am anderen Ende des Separators aufweist und das emittierende Element zylindrisch ist und die Öffnung im Wesentlichen vollständig ausfüllt.
  5. Elektrode nach Anspruch 4, wobei die ringförmige Endfläche des Separators allgemein planar ist und das emittierende Element eine allgemein planare, kreisförmige Frontfläche allgemein bündig mit der ringförmigen Endfläche des Separators hat und der Durchmesser der Frontfläche des emittierenden Elementes weniger als etwa 80 Prozent des Außendurchmessers der ringförmigen Endfläche des Separators beträgt.
  6. Elektrode nach Anspruch 5, wobei die radiale Dicke zwischen dem inneren und dem äußeren Umfang der ringförmigen Endfläche des Separators wenigstens etwa 1 mm beträgt.
  7. Elektrode nach Anspruch 1, wobei die Aufnahme eine zylindrische Bohrung mit einer konischen inneren Endwand aufweist und der Separator einen Hohlzylinder mit einer Endwand aufweist, die eine konische Endfläche definiert, die so gestaltet ist, dass sie zur konischen Endwand der Aufnahme passt, wobei die konische Endfläche des Separators an die konische innere Endwand der Aufnahme anstößt.
  8. Elektrode nach Anspruch 1, wobei die Elektrode mit einem Verfahren hergestellt wird, das die folgenden Schritte beinhaltet: Ausbilden des metallischen Halters durch Gestalten einer Aufnahme in einer allgemein planaren Frontfläche eines metallischen Rohlings, wobei die Aufnahme entlang einer Achse allgemein normal zur Frontfläche verläuft und eine Endwand innerhalb des Rohlings beinhaltet; Gestalten des relativ nicht emittierenden Separators so, dass der Separator eine Außenfläche hat, die zwischen seiner ersten und seiner zweiten Endfläche verläuft, wobei die äußere Fläche so konfiguriert ist, dass sie eng in die Aufnahme in dem metallischen Halter passt; Gestalten einer Öffnung in der ersten Endfläche des Separators so, dass diese in diesen hinein verläuft; Gestalten des emittierenden Elementes so, dass das emittierende Element gleitend in die Öffnung im Separator eingeführt werden kann; Einführen des Separators in die Aufnahme des metallischen Halters, so dass die zweite Endfläche des Separators an die Endwand der Aufnahme anstößt und die erste Endfläche des Separators neben der Frontfläche des metallischen Halters liegt; Einführen eines Endes des emittierenden Elementes in die Öffnung des Separators, bis das Ende des emittierenden Elementes in dem Separator sitzt; und Aufbringen von Kraft auf das emittierende Element und die erste Endfläche des Separators allgemein parallel zur Achse des metallischen Halters, um das emittierende Element und den Separator axial zu komprimieren, um zu bewirken, dass sich das emittierende Element und der Separator radial auswärts plastisch verformen, bis das emittierende Element von dem Separator erfasst und gehalten wird und der Separator von dem metallischen Halter erfasst und gehalten wird.
  9. Elektrode nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: eine Düse, die neben der Frontfläche des Halters montiert ist und einen Strömungsweg dadurch aufweist, der mit einer Längsachse des Halters ausgerichtet ist; eine Stromversorgung zum Erzeugen eines Lichtbogens, der von dem emittierenden Element der Elektrode durch den Strömungsweg der Düse und zu einem neben der Düse befindlichen Werkstück verläuft; und eine Gasversorgung zum Erzeugen eines Stroms eines Gases zwischen der Elektrode und der Düse und zum Erzeugen eines Plasmaflusses auswärts durch den Strömungsweg der Düse und zum Werkstück.
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