DE8309927U1 - Plasma-Schmelzvorrichtung - Google Patents

Description

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Plasma-Schmelzvorrichtung

Diese Erfindung betrifft eine Plasma-Schmelzvorrichtung.

Plasma-Schmelzvorrichtungen aus dem Stand der Technik benutzen eine einzige Elektrode, welche 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 eingeleitet, der von der Düse wegströmt. In einer solchen Einrichtung 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 stromabwärts von der Düse eingeleitet wird und der Bereich

^Q maximaler Wärme, der vom Lichtbogen erzeugt wird, verhältnismäßig klein ist. Da das zu schmelzende Material stromabwärts von der Düse und nahe dem Gegenstand eingeleitet wird, auf welchem es abgelagert werden soll, verbleibt es im Strom auch für einen nur verhältnismäßig kurzen Zeitraum, was weiter die Wärme verringert, cie auf das Material übertragen wird. Zusätzlich trachten die schwereren Partikel dazu, in einem Bereich des Plasmastromes konzentriert zu werden, v/ährend die leichteren Partikel danach trachten, in

einem anderen Bereich konzentriert zu werden, wobei unerwünschte Xnderunoen in der Ablagerung des Materials verursacht werden.

Versuche, das zu schmelzende Material im Inneren ein-

zuleiten, haben zu zusätzlichen Problemen geführt.

Insbesondere wurde das Innere der Düse mit jenem Material überzogen, welchem es nich'^ gelungen ist, den wärmsten Bereich des Plasmastromes zu erreichen,

was die Düsenöffnung verkleinert oder vollständig verschließt. Bei einer solchen Vorrichtung ist keine Vorkehrung getroffen* um den Strom des zu schmelzenden Materials £U steuern oder zu lenken. Das Einleiten von Material in einen solchen Lichtbogen beeinträchtigt auch sowohl den Weg des Lichtbogens als auch dessen Temperatur, was zu unerwünschten Ergebnissen führt.

Die vorlieaende Erfindung ist auf eine Plasma-Schmelzvorrichtuna mit mehreren Lichtböoen aerichtet, welche mindestens in ihrem bevorzugten Ausführunqsbeispiel die Nachteile der Einrichtungen aus dem Stand der Technik mildert und einen beständiqeren und gleichförmigeren Schmelzvoraang 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 Schüttgütern bzw. Grundmaterialien. 20

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Plasma-Schmelzvorrichtung vorgesehen, welche eine Düse aufweist, die eine Abgabeöffnung aufweist, mindestens zwei Elektroden, die innerhalb der Düse angebracht ²^ 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 gewünscht, auch parallel sein könnten.

Vorteilhafterweise umfaßt die Plasma-Schmelzeinrichtung ferner Einrichtungen, um beim Gebrauch ein Schutzgas rund um den Plasmastrom einzuleiten, welches von der

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Abgabeöffnung austritt. Eine solche Einrichtung kam 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 Lichtbogens 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 vorliecrenden Erfindunq, eine Plasma-Schmelzvorrichtung vorzusehen, welche die Nachteile und Schwierigkeiten, welche der voranstehend beschriebenen Plasma-Schmelzeinrichtung aus dem Stand der Technik zugeordnet sind, rudern bzw. ausräumen.

Ein weiteres Ziel mindestens bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ist die Anordnung einer Plasma-Schmelzvorrichtung, welche eine Schmelze

mit hinlänglich gleichförmiger Beschaffenheit liefert.

Ein anderes Ziel mindestens bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ist es, eine

Plasma-Schmelzvorrichtung vorzusehen, bei welcher es 30

möglich ist, wirksamer die Wärmewirkung des Plasmastromes zu nutzen.

Ein noch weiteres Ziel mindestens bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ist das 35

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-Schmelzvorrichtung 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,

Fig. 3b eine Ansicht ähnlich jener der Fig. 3a ist, jedoch eine kleinere Austrittsöffnung als

jene der Fig. 3a zeigt, und

Fig. 4 eine vereinfachte Ansicht der Einrichtung ist, gesehen aus der Richtung IV-IV in Fig. 2.
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Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen; dort ist eine bekannte Plasma-Schmelzvorrichtung gezeicit, die allgemein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist. Die Vorrichtung umfaßt eine Düse 2, die eine Elektrode enthält. Bei der Verwendung wird ein Lichtbooen zwischen deir Elektrode 3 und dem Werkstück 4 gezogen, und ein geeignetes Gas wird durch einen Kanal 5, der die Elektrode 3 umgibt, eingeleitet. Das Plasma verläßt

die Düse 2 durch die Abgabeöffnuna 6. 30

Das auf das Werkstück 4 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 oezeigte Plasma-Schmelzvorrichtung ist allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Vorrichtuna 10 umfaßt eine Düse 11, welche eine Abgabeöffnung 12 aufweist. Drei Kathoden 15 sind in der Düse 11 anaeordnet und konvergieren zur Abgabeöffnung 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 wire zwischen jeder Kathode 15 und dem Werkstück 4 gezogen. ¹^ 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 eingeleitet. Wenn das Material hinunterfällt,, dann gelanat es in den Raum zwischen den drei zusammenlaufenden Plasmaströmen 16. Es beweqt sich dann im Plasmastrom

zum Werkstück 4 hin.
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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 hindürchläuft.

Obwohl in Fig. 2 nicht im einzelnen dargestellt, ist die im Durchmesser veränderliche Öffnung 12 bevorzugt

auf herkömmliche VJeise einstellbar. Fia. 3b zeiot 35

eine Ansicht ähnlich Fig. 3a, jedoch unter Verwendung einer kleineren Abaabeöffnunq 12.

Claims (4)

ARNOLDY, Francis Roman (Neue) Schutzansprü ehe ί; IC': Ιΐ

1. Plasma-Schmelzvorrichtung mit einer eine Abgabeöffnung aufweisenden Düse, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Düse. (11) mindestens zwei auf die Abgabeöffnung gerichtete Elektroden angeordnet sind, und daß in der Düse (11) eine Schmelzmaterialzuführung (18) mündet, die der Abgabeöffnung

(12) gegenüberliegt.

2. Plasma-Schmelzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Düse

(11) ein Ringkanal (13) ausgebildet ist, dessen ringförmige öffnung die Abgabeöffnung (12) umgibt.

3. Plasma-Schmelzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei Elektroden (15) in der Düse angeordnet sind.

4. Plasma-Schmelzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

an der Düse eine Abgabeöffnung-Einstellvorrichtung angeordnet ist.