DE8806780U1

DE8806780U1 - Hitzeschild

Info

Publication number: DE8806780U1
Application number: DE8806780U
Authority: DE
Original assignee: DAMS ROBERT 5202 HENNEF DE
Current assignee: DAMS ROBERT 5202 HENNEF DE
Priority date: 1988-05-25
Filing date: 1988-05-25
Publication date: 1988-07-21

Description

09.05.1988

- 2 - HC/ib 48136G B

Dipl.Ing. Robert Dams

Selbachstr. 14

5202 Hennef 1 - Rott
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Hitzeschild

Die Erfindung betrifft ein Hitzeschild für das vordere Ende einer Metalldüse einer Plasmaanlage mit einem vorderen konischen Bereich und einem daran anschließenden zylindrischen Bereich mit Innengewinde.

Die einfache Handhabung der auf dem Markt befindlichen Plasmaanlagen zum Schweißen, Wärmebehandeln, Beschichten und Trennen von Eisen- und Nicht-Eisen-Metallen hat dazu geführt, daß diese direkt "vor Ort" zum Beispiel im Schiffsrumpf, im Kesselbau oder Hochbau zum Einsatz kommen. Neban dem VoKeil der Beweglichkeit dieser Anlagen sind Sicherheit für den Benutzer und lange Standzeiten im Gebrauch des Gerätes Voraussetzung.

Der aus einer wassergekühlten Kupferdüse austretende Pla.smastrahl erzeugt Temperaturen größer 1500 &ogr; CeIs.. Die wirksame Plasmazone ist ca. 20 mm lang in einer Breite von wenigen Milimetern. Damit sind kurze Abstände zum zu behandelnden Teil erforderlich, so daj sowohl der Kupferkörper als auch die plasmaefzeugende Konstruktion gegen die rückstrahlende Hitze geschützt werden müssen.

3Q Dieser Schutzschild, auch Hitzeschild genannt, wurde bisher zum Teil aus einem asbesfcfaserverhüllten Kunststoff-

Werkstoff hergestellt. Da die Asbestfaser eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit besitzt, konnte der Kunststoff zum Teil verkoken. Das gesundheitliche Risiko bei -der Benutzung von asbesthaltigen Werkstoffen ist bekannt und hat zu alternativen Entwicklungen geführt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hitzeschild der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß es bei Meidung von ""■

Asbest hochtemperaturest ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß es aus temperaturbeständiger hochfester Keramik besteht. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn es aus einem Siliziumnitrid oder - karbid besteht, das reaktionsgebunden ist.

Der RBSN-Werkstoff ist extrem hochtemperaturfest bis weit über 2000 Grad Celsius.

Bei der Sinterung wird darauf Wert gelegt, daß die Werkstoff-Oberfläche oxidiert ist. Diese Oxidationsschicht besteht aus reinem SiO₂ und bewirkt nicht nur einen

natürlichen Schutz gegenüber weiterer Oxidation, sie ist

auch unempfindlich gegen Heißverschweißen der meisten Metalle und deren Oxide.

Zusätzlich leitet das RBSN-Material aufgrund seines sehr guten Wärmeleitwertes die Wärme ab, die im Bereich oberhalb

1000 Grad Celsius bis zu 3-fach höher als bei Stahl sein kann. Auftretende Temperaturdifferenzen werden aufgrund seines niedrigen Ausdehnungskoeffienten hervorragend abgebaut. Die eingebrachte Porenstruktur unterstützt zusätzlich die Ableitung extremer Temperaturdifferenzen, wa durch den Rohdichtewert präsentiert wird.

Neben Werkstoffvorteileri ist noch das keramikgerechte Design des Hitzeschildes von ausschlaggebender Bedeutung. Die bekannte Regel, daß spröde Werkstoffe, hier besonders Keramik, außergewöhnlich hohen Druckspannungen, aber nur geringen Zugspannungen standhält, wird konsequent eingehalten und zwar durch die Konstruktionsmerkmale wie - gleichbleibende Wandstärke im Hochtemperaturbereich des Hitzsschildes - durch die Verlagerung der auftretenden Ausdehnungsdifferenzen im Gewinde auf die Gewindeflanken durch Verwendung des Withworth-Gewindes.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung in einem axialen Schnitt dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Das Hitzeschild besteht aus einem vorderen konischen Bereich A und einem daran anschließenden angeformten hinteren, koaxialen, zylindrischen Bereich B.

Der vordere Bereich A bildet die Austrittsöffnung 1, aus der das Plasma austritt. Der Bereich A wird von einem hohlen Kegelstumpf mit gleichbleibender Wandstärke gebildet und geht an seinem größten Innendurchmesser in den hinteren Bereich B über. Der Bereich B bildet in seiner unteren inneren Hälfte ein Innengewinde 2, mio dem das Hitzeschild auf das Außengewinde einer wassergekühlten Kupferdüse (M 20x1,5) aufgeschraubt wird. Das Innengewinde ist vorzugsweise ein Withworth-Gewinde von 1/2 Inch.bsp mit drei Windungen.

Der Hitzeschild besteht aus temperaturbeständiger hochfester Keramik, insbesondere aus einem Silziumnitrid oder -karbid, das reaktionsgebunden ist, RBSN-Material. Bei der Sinterung dieses Materials wird darauf geachtet,

daß die Werkstoffoberfläche oxidiert ist, so daß diese oberste Schicht aus reinem SiO&ldquor; besteht.

Besonders wichtig ist es, daß die kegelstumpfförmige Innenwand 3 des konischen Bereiches A ohne dazwischen angeordnete Stufe oder Ringnut in die zylindrische Innenwand H des Bereichs B übergeht, um Rißbildungen zu verhindern. 10

Claims

COHAUSZ & FLORACK

PATENTAN WALTSBÜHO SCHUMAMNSTH.97 D-4OOO DÜSSELDORF 1

IStfuc (D2t1| 683346 - Till Ii . XBtI) 6790671 - THec BS86SQ cop d

f>MEHIANNM.TE: OpL-tng. W COHAUSZ - DpL-In₉. a KNAUF ■ ttpL-tog. H B. COHAUSZ · Qct-lnrj. &agr; H. WERNER - Dt ret na. a REDIES

09.05.1988

- 1 - HC/Be/ib 48136G

Ansprüche

1. Hitzeschild für das vordere Ende einer Metalldüse einer Plasmaanlage mit einem vorderen konischen Bereich und einem daran anschließenden zylindrischen Bereich mit Innengewinde, dadurch gekennzeichnet, daß es aus temperaturbeständiger hochfester Keramik besteht.
2. Hitzeschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß es aus einem Siliziumnitrid oder -karbid besteht, das reaktionagebunden ist.
3« Hitzeschild nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Rohdichte kleiner gleich 2,4.kg/m3 ist.
M. Hitzeschild nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß es im konischen Bereich eine gleichbleibende Wandstärke aufweist.
5. Hitzeschild nach einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß das Innengewinde im zylindrischen Bereich ein Withworth-Gewinde ist.