EP0171793A2 - Plasmaspritzbrenner mit gekühlter Elektrode und Brennerdüse - Google Patents

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EP0171793A2
EP0171793A2 EP85110152A EP85110152A EP0171793A2 EP 0171793 A2 EP0171793 A2 EP 0171793A2 EP 85110152 A EP85110152 A EP 85110152A EP 85110152 A EP85110152 A EP 85110152A EP 0171793 A2 EP0171793 A2 EP 0171793A2
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EP
European Patent Office
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electrode
plasma spray
spray gun
burner nozzle
gun according
Prior art date
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EP85110152A
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English (en)
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EP0171793A3 (en
EP0171793B1 (de
Inventor
Heiko Dr. Dipl.-Phys. Gruner
Markus Müller
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Plasmainvent AG
Original Assignee
Plasmainvent AG
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Publication date
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Publication of EP0171793A3 publication Critical patent/EP0171793A3/de
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    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3478—Geometrical details

Definitions

  • the invention relates to a plasma spray gun with a cooled electrode and burner nozzle for insertion into pipes and bores of workpieces and coating of inner surfaces of these workpieces.
  • a preferred area of application for such plasma spray burners is the coating of the contact surfaces of the blade root and turbine disk within the retaining grooves of the turbine disk in turbine wheels.
  • the spraying distance between plasma spray gun and substrate surface as well as the geometrical dimensions of the entire inner gun limit the minimum pipe or bore diameter at which coating can still be carried out with the same spray coating quality; the latter is thus predetermined by the normal design of the plasma spray gun. It would be possible to reduce the plasma flame length and thus the spraying distance by lowering the plasma energy, the amount of plasma gas and the amount of powder injected, so as to also coat holes of smaller diameter; however, this would only be possible at the expense of spray coating quality.
  • the invention has for its object to provide a plasma spray torch of the type described in the introduction, which has a coating of high quality on the inner surfaces of pipes and bores with minimal inner diameters. of up to about 25 mm with increased injection efficiency.
  • the burner nozzle-electrode pairing according to the invention has the effect that the injected powder particles are melted over a very short flame length and thus flight path. Not only is the flame length shortened, but the plasma flame is also elliptically deformed, which leads to an increase in the geometric spraying efficiency in relation to the spray jet diameter as well as to a uniform thickness of the sprayed-on layer with each spraying pass.
  • the electrode advantageously has two diametrically opposite flats at its head korlbkugelförmigen 'a uf. '
  • the burner nozzle is advantageously expanded conically away from the electrode into an exit area with an inner ring surface of larger diameter.
  • the longitudinal axis of the flat outlet cross section of the powder injector is expediently arranged perpendicular to a connecting line between the flats of the electrode.
  • the electrode and the burner nozzle are expediently cooled by two separate water circuits.
  • a nozzle ring for cooling the surface and blowing out spray dust can additionally be provided by an annular gas protection jacket.
  • a separate line can be provided through which gas cooling and spray dust blow-out take place directly at the burner nozzle.
  • the burner advantageously consists of a stable cast part with all the elements that are not subject to wear and an openable part that carries the electrode, burner nozzle and powder injector, which are subject to wear, easily replaceable. All components, which are naturally subject to a wear process during burner operation, can thus be replaced simply and easily.
  • the openable part expediently has two hinged half-shells which are separated by an insulation plate.
  • the interchangeable burner nozzle is sealed against the cooling channel by O-rings and the seat of the O-rings is designed such that it directly on at most one of four sealing surfaces on the burner nozzle and at least on two of the four sealing surfaces on good heat-conducting , cooled components.
  • Channels for direct access from the coolant K ühlkanal to the O-rings are further advantageously provided.
  • the plasma spray gun 1 for internal coatings shown in FIGS. 1 and 2 has a stably cast part 2 with all the elements not subject to wear and an openable part 3.
  • the openable part 3 consists of a cathode half-shell 4 and an anode half-shell 5, which are separated by an insulation plate 6, designed to be foldable and held together by a clamp 7.
  • On the stably cast part 2 there is a nozzle ring 8 with nozzle openings 9, through which a gas protection jacket around the plasma spray gun can be generated for surface cooling and spray dust blowing.
  • a separate line 31 can be led directly into the area of the burner nozzle.
  • An electrode 10 is fastened in the cathode half-shell 4 in an easily replaceable manner.
  • An insulating and replaceable gas distribution ring 11 is inserted into the insulation plate 6.
  • a burner nozzle 12 fixed with an extension tab, is easily replaced.
  • a powder injector 13 with a flat outlet cross section is also interchangeably inserted in the anode half-shell 5.
  • a cooling passage 14 for cooling the electrode 10 and in the anode half-shell 5 is a K ühlkanal 14 are provided for cooling the burner nozzle 12th
  • Both cooling channels are fed in parallel with coolant, for example water, gas or liquid carbon dioxide.
  • Part 2 represents the burner shaft, part 3 the burner head.
  • the cathode half-shell 4 and the anode half-shell 5 can be unfolded in order to have access to the gas distribution ring 11, if necessary, to replace it together with the insulation plate 6.
  • the electrode 10 has a hemispherical head 15 with diametrically opposite flats 16.
  • the diameter of the electrode 10 is smaller than the smallest inside diameter of the burner nozzle 12. Starting from its smallest inside diameter, the burner nozzle 12 is flared away from the electrode 10 into an exit area with an inner ring surface 17 of a larger inside diameter.
  • the arc 18 that arises between the electrode 10 and the torch nozzle 12 is suppressed and concentrated on the undisturbed spherical surface of the head 15. This creates a flattened plasma flame 19.
  • the conical extension of the burner nozzle 12 to the inner ring surface 17 significantly reduces the length of the plasma flame 19.
  • the flat outlet cross section of the powder injector 13 ensures a powder injection corresponding to the flattened plasma flame 19.
  • zone I of the spray jet there is a high coating efficiency with a practically constant growth rate per unit of coating time
  • zone II a coating efficiency that decreases sharply with the distance from the center and in zone III practically no continuous spray layer. Zones I and II are delimited by concentric circles.
  • Zones 1 and II are flattened here in a strongly elliptical manner, the width of zone II being very small.
  • the layer thickness is practically constant within zone I and drops to zero over zone II over a small width. This results in a strong increase in the geometric spraying efficiency in relation to the spray jet diameter.
  • FIG. 7 shows that the burner nozzle 10 is sealed off from its associated cooling duct 20 by two O-rings 21, 22. Both 0-rings 21, 22 each abut only one of their four sealing surfaces on the burner nozzle 12. A second sealing surface of the O-rings 21, 22 is formed on the insulation plate 6 or on an insulation body 23 for their thermal protection, while the 0-rings 21, 22 rest on their further two sealing surfaces on components which are good heat conductors and are cooled via the cooling channel 20 . Additional channels 24, 25 are also provided from the cooling channel 20 for direct coolant access to the O-rings 21, 22. This results in particularly good thermal insulation of the endangered 0-rings 21, 22.
  • Coolant is fed in via a water inlet 26 parallel to the cooling channels 14 and 20 and discharged again via a water outlet 27.
  • the positive pole is connected to the water inlet 26 and the negative pole is connected to the water outlet 27.
  • Insulating tubes 28 are provided in the line guides for appropriate insulation of the cooling circuit flows from the electrical lines.
  • Plasma gas is supplied via a connection 29, wettable powder via a connection 30. Air or gas can be supplied into the area of the burner via an additional line 31.
  • Blade feet 34 of turbine blades 35 are inserted into holding grooves 32 of a turbine disk 33.
  • Coatings 36 with the plasma spray torch according to the invention are provided on the contact surfaces of blade root 34 and holding groove 32.
  • the purpose of the coatings 36 is to prevent fretting, friction welding and / or knocking out of the groove walls during operation of the turbine.
  • a CuNiIn spray coating is used as the coating.
  • the coatings 36 are applied flat and broadly in three segments, preferably each with one burner passage.

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Abstract

Bei einem Plasmaspritzbrenner (1) mit gekühlter Elektrode (10) und Brennerdüse (12) zum Einführen in Rohre und Bohrungen von Werkstücken und Beschichten von Inneflächen dieser Werkstücke sind zwecks Beschichten von Bohrungen mit einem minimalen Durchmesser von 25 mm die Elektrode (10) im Bereich ihres Kopfes (15) rotationsunsymmetrische aufgebaut und der Durchmesser der Elektrode (10) kleiner als der kleinste Innendurchmesser der Brennerdüse (12), während die Brennerdüse (12) am der Elektrode (10) abgewandten Ende wenigstens einen Teilbereich (17) mit einem Innendurchmesser größer als ihr kleinster Innendurchmesser und der Pulverinjektor (13) einen flachen Austrittsquerschnitt aufweist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Plasmaspritzbrenner mit gekühlter Elektrode und Brennerdüse zum Einführen in Rohre und Bohrungen von Werkstücken und Beschichten von Innenflächen dieser Werkstücke.
  • Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet derartiger Plasmaspritzbrenner ist die Beschichtung der Berührungsflächen von Schaufelfuß und Turbinenscheibe innerhalb der Haltenuten der Turbinenscheibe bei Turbinenrädern.
  • Bei einem bekannten Plasmaspritzbrenner dieser Art wurde durch Verkleinerung der geometrischen Abmessungen der Brennerdüsen-Elektrodenpaarung erreicht, die Beschichtung der Innenflächen in der erforderlichen Spritzschichtqualität in Bohrungen bis zu einem minimalen Innendurchmesser von 70 mm durchzuführen. Bei dem bekannten Innenbrenner sind Plasmastrahlenergie, Plasmagasfördermenge und Spritzpulverinjektion auf der einen Seite sowie geometrische Verkleinerung der Brennerdüsen-Elektrodenpaarung auf der anderen Seite derart aufeinander abgestimmt, daß praktisch jedes Spritzpulver, für dessen Aufschmelzung Standardbrenner eine Flugstrecke innerhalb der Plasmaflamme bis zu 150 mm benötigten, schon nach einer Flugstrecke von etwa 35 mm aufgeschmolzen ist. Der Spritzabstand zwischen Plasmaspritzbrenner und Substratoberfläche sowie die geometrischen Abmessungen des gesamten Innenbrenners begrenzen den minimalen Rohr- oder Bohrungsdurchmesser, bei welchem noch mit gleicher Spritzschichtqualität beschichtet werden kann; letztere ist somit von der Normalkonstruktion des Plasmaspritzbrenners vorgegeben. Es wäre möglich, durch Absenkung der Plasmaenergie, der Plasmagasmenge und der injektierten Pulvermenge die Plasmaflammlänge und damit den Spritzabstand zu verkleinern, um so auch Bohrungen geringeren Durchmessers zu beschichten; dies wäre jedoch nur auf Kosten der Spritzschichtqualität möglich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Plasmaspritzbrenner der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welcher eine Beschichtung hoher Qualität der Innenflächen von Rohren und Bohrungen mit minimalen Innendurchmessern. von bis zu etwa 25 mm mit erhöhter Spritzeffizienz ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
    • a) die Elektrode im Bereich ihres Kopfes rotationsunsymmetrisch aufgebaut ist,
    • b) der Durchmesser der Elektrode kleiner als der kleinste Innendurchmesser der Brennerdüse ist,
    • c) die Brennerdüse am der Elektrode abgewandten Ende wenigstens einen Teilbereich mit einem Innendurchmesser größer als ihr kleinster Innendurchmesser aufweist, und
    • d) der Pulverinjektor einen flachen Austrittsquerschnitt aufweist.
  • Mit einem derartigen Aufbau des Plasmaspritzbrenners bewirkt die erfindungsgemäße Brennerdüsen-Elektrodenpaarung, daß die injektierten Pulverpartikel auf sehr kurzer Flammlänge und damit Flugstrecke aufgeschmolzen werden. Dabei ist nicht nur die Flammlänge verkürzt, sondern auch die Plasmaflamme elliptisch verformt, was sowohl zu einer Erhöhung der geometrischen Spritzeffizienz bezogen auf den Spritzstrahldurchmesser als auch zu einer vergleichmäßigten Dicke der aufgespritzten Schicht bei jedem Spritzdurchgang führt.
  • Die Elektrode weist zweckmäßig zwei diametral gegenüberliegende Abflachungen an ihrem hälbkugelförmigen Kopf 'auf.'
  • Vorteilhaft ist die Brennerdüse ausgehend von ihrem kleinsten Innendurchmesser von der Elektrode weg konisch in einen Ausgangsbereich mit einer Innenringfläche größeren Durchmessers erweitert.
  • Die Längsachse des flachen Austrittsquerschnitts des Pulverinjektors ist dabei zweckmäßig senkrecht zu einer Verbindungslinie zwischen den Abflachungen der Elektrode angeordnet.
  • Um die Wärmeabfuhr von dem Plasmaspritzbrenner zu optimieren und damit sowohl die für die geforderte Spritzschichtqualität notwendige Dauerbrennerleistung zu erhalten als auch die Lebensdauer der Brennerbauelemente zu vergrößern, sind die Elektrode und die Brennerdüse zweckmäßig durch zwei getrennte Wasserkreisläufe gekühlt.
  • Zur Unterstützung dieser Wirkung kann zusätzlich ein Düsenring zur Oberflächenkühlung und Spritzstaubausblasung durch einen ringförmigen Gasschutzmantel vorgesehen sein. Alternativ kann eine separate Leitung vorgesehen sein, durch die eine Gaskühlung und Spritzstaubausblasung unmittelbar an der Brennerdüse erfolgt. Durch derartige Ausbil= - dungen des Plasmaspritzbrenners erfolgt eine zusätzliche Abfuhr des reflektierten Spritzstaubs von der zu beschichtenden Bohrungsoberfläche, was zu einer Erhöhung der Qualität der Beschichtung führt.
  • Weiter besteht der Brenner vorteilhaft aus einem stabil vergossenen Teil mit allen nicht dem Verschleiß unterworfenen Elementen und einem öffenbaren Teil, der die verschleißbehafteten Teile Elektrode, Brennerdüse und Pulverinjektor leicht auswechselbar trägt. Alle Bauteile, welche während des Brennerbetriebs naturgemäß einem Abnützungsprozeß unterworfen sind, können damit einfach und leicht ausgewechselt werden.
  • Der öffenbare Teil weist zweckmäßig zwei aufklappbare Halbschalen auf, die durch eine Isolationsplatte getrennt sind.
  • Zur weiteren Erhöhung der Standzeit der auswechselbaren Brennerdüse ist diese durch 0-Ringe gegen den Kühlkanal abgedichtet und der Sitz der O-Ringe derart ausgebildet, daß diese an höchstens einer von vier Dichtflächen an der Brennerdüse direkt und wenigstens an zwei der vier Dichtflächen an gut wärmeleitenden, gekühlten Bauteilen anliegen. Vorteilhaft sind weiter Kanäle für den direkten Kühlmittelzutritt aus dem Kühlkanal zu den O-Ringen vorgesehen.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Plasmaspritzbrenner erfolgt die Verteilung und Aufschmelzung der injektierten Pulverpartikel in einem breiten Beschichtungsfleck, wodurch das Substratmaterial trotz des sehr geringen Spritzabstandes ohne übermäßige thermische Belastung beschichtbar ist, was insbesondere für dünnwandige Rohre wichtig ist. Die zusätzliche Gaskühlung unterstützt diese Wirkung.
  • Die Erfindung ist im folgenden an Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen
    • Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Plasmaspritzbrenners für Innenbeschichtungen;
    • Fig. 2 einen vergrößerten Teilausschnitt des Brennerkopfes in Fig. 1 in schematischer Darstellung,
    • Fig. 3 eine schematische Seitenschnittansicht von Elektrode und Brennerdüse des Plasmaspritzbrenners,
    • Fig. 4 eine schematische Vorderansicht der Anordnung in Fig. 3,
    • Fig. 5 eine schematische Darstellung der Beschichtungseffizienz und Schichtdickenverteilung im statischen Spritzbild bei einer rotationssymmetrischen Brennerdüsen-Elektrodenkonfiguration,
    • Fig. 6 eine schematische Darstellung der Beschichtungseffizienz und Schichtdickenverteilung im statischen Spritzbild bei einer Brennerdüsen-Elektrodenkonfiguration gemäß der Erfindung,
    • Fig. 7 eine schematische Darstellung der Brennerdüsenhalterung und -abdichtung,
    • Fig. 8 ein Beispiel für die Zuführung getrennter Kühlwasserkreisläufe, und
    • Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Turbinenscheibe mit Turbinenschaufel und innenbeschichteter Haltenut.
  • Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Plasmaspritzbrenner 1 für Innenbeschichtungen weist ein stabil vergossenes Teil 2 mit allen nicht dem Verschleiß unterworfenen Elementen und ein öffenbares Teil 3 auf. Das öffenbare Teil 3 besteht aus einer Kathodenhalbschale 4 und einer Anodenhalbschale 5, die durch eine Isolationsplatte 6 getrennt, aufklappbar gestaltet und durch eine Klammer 7 zusammengehalten.sind. Auf dem stabil vergossenen Teil 2 sitzt ein, Düsenring 8 mit Düsenöffnungen 9, durch die ein Gasschutzmantel um den Plasmaspritzbrenner zur Oberflächenkühlung und Spritzstaubausblasung erzeugbar ist. Statt des Düsenrings 8 oder auch zusätzlich zu ihm kann eine separate Leitung 31 unmittelbar in den Bereich der Brennerdüse geführt werden.
  • In der Kathodenhalbschale 4 ist eine Elektrode 10 leicht auswechselbar befestigt. In die Isolationsplatte 6 ist ein isolierender und auswechselbarer Gasverteilungsring 11 eingesetzt. In die Anodenhalbschale 5 ist eine Brennerdüse 12, fixiert mit einer Verlängerungslasche, leicht auswechselbar eingesetzt. Ein Pulverinjektor 13 mit flachem Austrittsquerschnitt ist ebenfalls auswechselbar in die Anodenhalbschale 5 eingesetzt.
  • In der Kathodenhalbschale 4 ist ein Kühlkanal 14 zur Kühlung der Elektrode 10 und in der Anodenhalbschale 5 ein Kühlkanal 14 zur Kühlung der Brennerdüse 12 vorgesehen. Beide Kühlkanäle werden parallel mit Kühlmittel, beispielsweise Wasser, Gas oder flüssigem Kohlendioxid beschickt.
  • Der Teil 2 stellt den Brennerschaft dar, der Teil 3 den Brennerkopf. Nach Lösen der Klammer 7 können die Kathodenhalbschale 4 und die Anodenhalbschale 5 auseinandergeklappt werden, um Zugang zu dem Gasverteilungsring 11 gegebenenfalls zu dessen Auswechselung zusammen mit der Isolationsplatte 6 zu haben. Die Elektrode 10 weist einen halbkugelförmigen Kopf 15 mit diametral gegenüberliegenden Abflachungen 16 auf. Der Durchmesser der Elektrode 10 ist kleiner als der kleinste Innendurchmesser der Brennerdüse 12. Die Brennerdüse 12 ist, ausgehend von ihrem kleinsten Innendurchmesser, von der Elektrode 10 weg konisch in einen Ausgangsbereich mit einer Innenringfläche 17 größeren Innendurchmessers erweitert.
  • An den Abflachungen 16 wird der zwischen Elektrode 10 und Brennerdüse 12 entstehende Lichtbogen 18 unterdrückt und auf die ungestörte Kugeloberfläche des Kopfes 15 konzentriert. Dadurch entsteht eine flachgedrückte Plasmaflamme 19. Durch die konische Erweiterung der Brennerdüse 12 zur Innenringfläche 17 wird die Länge der Plasmaflamme 19 erheblich verkürzt. Der flache Austrittsquerschnitt des Pulverinjektors 13 sorgt für eine der abgeflachten Plasmaflamme 19 entsprechende Pulverinjektion.
  • Fig. 5 zeigt schematisch die Beschichtungseffizienz verteilt über den Plasmastrahlquerschnitt, aufgenommen durch ein statisches Spritzbild auf einer Substratschicht und die entsprechende Schichtdicke bei einer konventionellen, rotationssymmetrischen Elektroden-Brennerdüsenkonfiguration. In einer Zone I des Spritzstrahls ergibt sich eine hohe Beschichtungseffizienz mit praktisch konstanter Aufwachsrate pro Beschichtungszeiteinheit, in einer Zone II eine mit dem Abstand vom Zentrum stark abnehmende Beschichtungseffizienz und in einer Zone III praktisch keine zusammenhängende Spritzschicht mehr. Die Zonen I und II sind durch konzentrische Kreise begrenzt.
  • In Fig. 6 ist die Beschichtungseffizienz und Schichtdikkenverteilung für eine erfindungsgemäße rotationsunsymmetrische Elektroden-Brennerdüsenkonfiguration dargestellt. Die Zonen 1 und II sind hier stark elliptisch abgeflacht, wobei die Breite der Zone II sehr gering ist. Die Schichtdicke ist innerhalb der Zone I praktisch konstant und fällt in der Zone II über geringe Breite auf Null ab. Hierdurch ergibt sich eine starke Erhöhung der geometrischen Spritzeffizienz bezogen auf den Spritzstrahldurchmesser.
  • Fig. 7 zeigt, daß die Brennerdüse 10 durch zwei O-Ringe 21, 22 gegenüber ihrem zugehörigen Kühlkanal 20 abgedichtet ist. Beide 0-Ringe 21, 22 liegen jeweils nur an einer ihrer vier Dichtflächen an der Brennerdüse 12 an. Eine zweite Dichtfläche der O-Ringe 21, 22 wird zu deren Wärmeschutz an der Isolationsplatte 6 bzw. an einem Isolationskörper 23 gebildet, während die 0-Ringe 21, 22 an ihren weiteren zwei Dichtflächen an gut wärmeleitenden, über den Kühlkanal 20 gekühlten Bauteilen anliegen. Von dem Kühlkanal 20 sind außerdem zusätzliche Kanäle 24, 25 für direkten Kühlmittelzutritt zu den O-Ringen 21, 22 vorgesehen. Damit ergibt sich ein besonders guter Wärmeschutz der gefährdeten 0-Ringe 21, 22.
  • Fig. 8 zeigt die Leitungszuführung zu dem Plasmaspritzbrenner 1. Über einen Wassereingang 26 wird Kühlmittel parallel zu den Kühlkanälen 14 und 20 zugeführt und über einen Wasserausgang 27 wieder abgeführt. Am Wassereingang 26 ist der Pluspol und am Wasserausgang 27 der Minuspol angeschlossen. Zur entsprechenden Isolierung der Kühlkreisfläufe von den elektrischen Leitungen sind in den Leitungsführungen Isolierrohre 28 vorgesehen. Plasmagas wird über einen Anschluß 29 zugeführt, Spritzpulver über einen Anschluß 30. Über eine zusätzliche Leitung 31 kann Luft oder Gas in den Bereich des Brenners zugeführt werden.
  • Fig. 9 zeigt ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für den erfindungsgemäßen Plasmaspritzbrenner. In Haltenuten 32 einer Turbinenscheibe 33 werden Schaufelfüße 34 von Turbinenschaufeln 35 eingesetzt. An den Berührungsflächen von Schaufelfuß 34 und Haltenut 32 werden Beschichtungen 36 mit dem erfindungsgemäßen Plasmaspritzbrenner vorgesehen. Zweck der Beschichtungen 36 ist es, Reibverschleiß, Reibverschweißung und/oder Ausschlagen der Nutwandungen im Betrieb der Turbine zu verhindern. Diese Beanspruchungen der Haltenut 32 entstehen durch den notwendigerweise nicht spielfreien Einbau der Turbinenschaufeln 35 in den Haltenuten 32. Die Beanspruchungen treten vor allem beim Anlauf und Abstellen der Turbine auf. Sie sind auch deshalb relativ groß, weil meist aus Gewichtsgründen Titan oder Titanlegierungen verwendet werden.
  • Als Beschichtung kommt beispielsweise eine CuNiIn-Spritzschicht zum Einsatz. Die Beschichtungen 36 werden flach und breitspurig in drei Segmenten, vorzugsweise jeweils mit einem Brennerdurchgang, aufgetragen.
  • Im folgenden sind als Anwendungsbeispiel für die Verwendung eines Maschinenbrenners nach dem Stand der Technik, eines Innenbrenners nach dem Stand der Technik und eines erfindungsgemäß ausgebildeten Innenbrenners die einzelnen Leistungs- und Spritzdaten angegeben:
    • Spritzpulver: NiA1 95/5% Kornfraktionierung: - 325 mesh Kornkonfiguration: Ni-Kugel mit außen aufgesetzten Al-Partikeln Plasmaflamme: Ar/H2-Gemisch
  • Beschichtungsparameter für dicht gespritzte, haftfeste Plasmaspritzschicht:
    • A. Maschinenbrenner nach dem Stand der Technik:
      Figure imgb0001
    • B. Innenbrenner nach dem Stand der Technik:
      Figure imgb0002
    • C. Erfindungsgemäß ausgebildeter Innenbrenner:
      Figure imgb0003

Claims (11)

1. Plasmaspritzbrenner mit gekühlter Elektrode (10) und Brennerdüse (12) zum Einführen in Rohre und Bohrungen von Werkstücken und Beschichten von Innenflächen dieser Werkstücke,
dadurch gekennzeichnet, daß
a) die Elektrode (10) im Bereich ihres Kopfes (15) rotationsunsymmetrisch aufgebaut ist,
b) der Durchmesser der Elektrode (10) kleiner als der kleinste Innendurchmesser der Brennerdüse (12) ist;
c). die Brennerdüse (12) am der Elektrode (10) abgewandten Ende wenigstens einen Teilbereich (17) mit Innendurchmesser größer als ihr kleinster Innendurchmesser aufweist, und
d) der Pulverinjektor (13) einen flachen Austrittsquerschnitt aufweist.
2. Plasmaspritzbrenner nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (10) zwei diametral gegenüberliegende Abflachungen (16) an ihrem halbkugelförmigen Kopf (15) aufweist.
3. Plasmaspritzbrenner nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerdüse (12) ausgehend von ihrem kleinsten Innendurchmesser von der Elektrode (10) weg konisch in einen Ausgangsbereich mit einer Innenringfläche (17) größeren Innendurchmessers erweitert ist.
4. Plasmaspritzbrenner nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse des flachen Austrittsquerschnitts des Pulverinjektors (13) senkrecht zu einer Verbindungslinie zwischen den Abflachungen (16) der Elektrode (10) angeordnet ist.
5.' Plasmaspritzbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß Elektrode (10) und Brennerdüse (12) durch zwei getrennte Wasserkreisläufe (14, 20) gekühlt sind.
6. Plasmaspritzbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Düsenring (8) zur Oberflächenkühlung und Spritzstaubausblasung durch einen ringförmigen Gasschutzmantel vorgesehen ist.
7. Plasmaspritzbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß eine separate Leitung (31) vorgesehen ist, durch die eine Gaskühlung und Spritzstaubausblasung unmittelbar an der Brennerdüse erfolgt.
8. Plasmaspritzbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (1) aus einem stabil vergossenen Teil (2) mit allen nicht dem Verschleiß unterworfenen Elementen und einem öffenbaren Teil (3) besteht, der die verschleißbehafteten Teile Elektrode (10), Brennerdüse (12) und Pulverinjektor (13) leicht auswechselbar trägt.
9. Plasmaspritzbrenner nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der öffenbare Teil (3) zwei aufklappbare Halbschalen (4, 5) aufweist, die durch eine Isolationsplatte (6) getrennt sind.
10. Plasmaspritzbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerdüse (12) durch O-Ringe (21, 22) gegen ihren Kühlkanal (20) abgedichtet ist, und daß der Sitz der O-Ringe (21, 22) derart ausgebildet ist, daß diese an höchstens einer von vier Dichtflächen an der Brennerdüse (12) direkt und wenigstens an zwei der vier Dichtflächen an gut wärmeleitenden, gekühlten Bauteilen anliegen.
11. Plasmaspritzbrenner.nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß Kanäle (24, 25) für den direkten Kühlmittelzutritt aus dem Kühlkanal (20) zu den O-Ringen (21, 22) vorgesehen sind.
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