EP0271032A2 - Verfahren zur Aufbringung einer Innenbeschichtung in Rohre od. dgl. Hohlräume engen Querschnittes sowie Plasmaspritzbrenner dafür - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a plasma spray burner with an electrode forming a nozzle channel, in particular anodically connected spray nozzle, and a second electrode associated therewith in a burner part of a burner arm which is electrically insulated from the spray nozzle and which has fault channels for working gas and for cooling medium which is in one of the flow channels flows towards the nozzle and, after the cooling process has taken place, is derived from another flow channel, a feed line for powder opening into the nozzle channel.
- the invention also relates to a method for coating the inside of a pipe.
- a device of this type has been proposed by DE-OS 34 30 383 for the production of inner layers in holding grooves of gymnastic discs.
- This known device has a burner head with hinged anode and cathode half-shells; in the latter there is an electrode which projects into the nozzle channel of a spray nozzle in the anodic part of the burner head.
- the direction of spraying is perpendicular to the burner head axis, the powder is fed very close to the electrode directly at the mouth of the nozzle channel.
- nozzle openings are provided on a nozzle ring, which surrounds the burner head at a distance from the nozzle channel in a support-like manner; Through these openings, a protective gas jacket is created for cooling, which should also blow out spray dust.
- the previous invention is generally limited to a rotationally symmetrical design of the electrode head, which protrudes into a cross-sectionally specially designed burner nozzle.
- the inventor has set the goal of providing a plasma spray burner of the type mentioned at the outset for coating very narrow pipes or the like.
- a plasma spray burner of the type mentioned at the outset for coating very narrow pipes or the like.
- the structure of the plasma spray gun is to be given a completely different concept, which also simplifies access to the individual parts.
- the flow channel for the working gas connects to a channel passing through the second electrode and the nozzle channel is inclined at an angle at least in the region of its mouth to the longitudinal axis of the burner arm or the flow channel.
- this region of the nozzle channel which is inclined to the longitudinal axis should run approximately at right angles to an outer surface of the spray nozzle which in turn is inclined, the angle of inclination between the nozzle channel and the longitudinal axis preferably being approximately 45 °.
- the passage of the working gas through the electrode simplifies the burner structure and allows the spray nozzle to be designed inexpensively.
- a bore of a heat sink is connected between the flow channel for the working gas and the channel of the second electrode and is surrounded by a cooling jacket space integrated into the burner according to the invention - as a flow space for the cooling medium.
- This cooling medium here is advantageously cooling liquid which can be brought up to the spray nozzle, so that the cooling is very effective in any case.
- An outer gas protection jacket is omitted, the flow of which can negatively influence the plasma layer that forms.
- the requirement is of particular importance to accommodate the flow channel for the working gas in a central tube of the torch arm, along which the coolant flows directly along to the electrode ; the central tube delimits the inner cooling jacket space with a coaxial tube made of electrically non-conductive material.
- This central tube is directly connected to the second electrode described above and also serves as a power supply for this.
- the coaxial tube is preferably surrounded at a distance by a jacket tube and forms with it a second cooling jacket chamber which is connected to the first-mentioned inner cooling jacket chamber in the region of the spray nozzle; the inner cooling jacket space leads the liquid cooling medium in the cold state to the spray nozzle, where it is deflected around the free edge of the coaxial tube and discharged through the outer cooling jacket space. It has proven to be advantageous to manufacture the coaxial tube from acrylic glass, which is supported against the spacer of the central tube, without the axial mobility of the central tube or the like relative to the acrylic tube. would be affected.
- Said jacket tube forms the outer surface of the burner arm, moreover, in a preferred embodiment, also the supply of the current to the anodic - or to the cathodic - spray nozzle, which closes the jacket tube towards the front.
- the plasma spray burner according to the invention thus has three concentric cavities, namely the flow channel for the working gas falling into the longitudinal axis of the burner arm and the two coolant jackets surrounding it.
- the already mentioned heat sink sits at the end of the central tube, which projects with radially projecting cooling fins into the inner coolant jacket and thereby offers it a relatively large surface area for heat exchange.
- this copper heat sink protrudes from the cathode, which is made of the same material and has a streamlined tip made of a material with a high melting point and a lower electrical conductivity than the cathode body. Tungsten with a melting point of 3390 ° C and a conductivity reduced by around two thirds compared to copper is ideal for this.
- the cathode protrudes into a cavity of the spray nozzle upstream of the nozzle channel and in such a way that - according to the invention inclined in the direction of flow - transverse bores as end pieces of the flow channel for the working gas open laterally on the cathode.
- the working gas thus - directed - enters an annular space between the cathode and the anode and flows at the cathode tip described within a conically tapering part of the spray nozzle to the front into the subsequent nozzle duct, where the arc common in such devices is in the operating position of the plasma spray gun .
- Its tip is at a sufficient distance from the powder feed provided near the nozzle channel opening that sufficient melting is ensured even for high-melting metal particles; the zone of maximum effectiveness of the arc is a short distance before its end.
- the central tube is mounted so that it can move axially, so that the position of the arc can be carried out by simply moving the central tube with its cathode tip without any problems.
- the interior of a cylindrical part adjoins a conically widening cavity of the spray nozzle, which has an insulating ring - preferably made of aluminum oxide or the like. non-porous ceramic - fits tightly. This ceramic cylinder surrounds part of the heat sink and rests with it preferably axially displaceably in the cylindrical part of the spray nozzle.
- the cooling is highly effective because the heat sink is equipped with cooling fins on the outside, which protrude radially into the inner cooling jacket space.
- the spray nozzle closing the jacket tube at the end offers two outer surfaces which preferably enclose an angle of 90 °, one of which is connected to the nozzle channel by at least one bore and this bore is connected to an outer feed tube as a feed line for powder , which runs approximately parallel to the casing tube.
- its jacket tube is designed as a power supply for the spray nozzle, for example made of brass.
- an electrically conductive material can also be provided on the feed pipe and connected to the spray nozzle, which is then insulated from the burner arm.
- the formation of the housing-like support from which the burner arm projects is also important; an end piece or the like connected to the central tube. is made of electrically conductive material or the like with the interposition of an electrically insulating intermediate ring. firmly connected to a front support part made of electrically conductive material, the front support part preferably enclosing the central tube at a distance and being firmly connected to the jacket tube.
- a bush-like receptacle made of electrically insulating material with a collar connected to the coaxial tube made of non-conductive material is stored in the front support part.
- This receiving body surrounds the central tube in such a way that it forms part of the inner cooling jacket space with the central tube and radially delimits the inner cooling jacket space in the region of the end piece with a base part adjacent to the central tube.
- the inner cooling jacket space in the end piece and the outer cooling jacket space in the front support part are each with a known hose connection or the like. connected, each of which also serves to connect electricity; the end piece is connected via its hose connection to the negative pole of a power line when the electrode of the central tube is cathodic.
- the mobility of the central tube with the cathode is made possible by the fact that the central tube protrudes from the end piece through an end conically widening end recess and the end recess receives a conically tapering counterpart, which is a central approach of an end plate connected to the end piece, the grip nuts are assigned to an external thread of the central tube.
- a method for coating a tube internally by plasma spraying in which the tube having an inner diameter of less than 30 mm is pushed onto the burner arm, after which the plasma spray gun ignites and during the plasma spraying the tube, which in turn is cooled, is turned and rotated is moved axially relative to the burner arm.
- the corrosion-resistant inner layer applied in this way for example in an aluminum tube that is used as a battery jacket - is very simple and is completely flawless.
- a spray burner 10 for plasma for producing a corrosion-resistant inner layer 12 of an approximately 220 mm long light metal tube indicated at 13, the inner diameter d of which measures approximately 30 mm, has a connection housing or support 14 - made of hard tissue - of example length a of 75 mm a rod-shaped burner arm 16 with an outer diameter i of approximately 20 mm and a cantilever length b of 480 mm, measured from a housing end face 15.
- a connecting pipe 18 running in the longitudinal axis A of the plasma spray gun 10 protrudes from a face plate 20 which forms the other face of the housing and has a free length e of approximately 60 mm.
- connection housing 14 consists of two parts made of brass or the like which are separated by an intermediate ring 22 made of electrically insulating material such as acetal resin and are firmly connected thereto by screws.
- Metal namely a block-like end piece 23 and a bushing 24 which receives one end of the burner arm 16, the base plate 25 of which is provided with a central opening 26 with a diameter f of approximately 13.5 mm and is inserted into the intermediate ring 22 O-ring 28 that lies tightly - such an O-ring 28 is also found on the surface of the intermediate ring 22 adjacent to the end piece 23.
- a breakthrough 26 penetrating hollow receiving body 30 made of polytetrafluoroethylene (PTFE) or the like, optionally containing fillers. introduced, which has a cross-sectionally L-shaped collar 31 within the bushing 24 and engages through the intermediate ring 22 into a blind bore 33 of the end piece 23; A bottom ring 32 of the receiving body 30 runs in this blind bore 33 at a distance from the bottom thereof, which appears as a shoulder-like annular surface 35 as a result of a central axial bore 34.
- the axial bore 34 is relatively short and merges into an end recess that widens conically from it.
- the latter - like the O-ring 28 on the intermediate ring 22 - is required to seal the blind bore 33, which can be connected via a transverse bore 40 of the end piece 23 to a water system (not shown for reasons of clarity) and with the central tube 38 annular water space limited. This is connected via a recess 41 to the interior of that receiving body 30, which in turn forms a space 42 for a water jacket with the central tube 38.
- the space 42 for the water jacket continues beyond the receiving body 30; the central tube 38 is surrounded at a distance by a coaxial - preferably translucent - plastic tube 44, which is screwed at 45 to the receiving body 30 and a spacer ring 46 with axially parallel recesses 47 containing - spacer ring 46 of the central tube.
- a second concentric water space 43 is located outside the plastic tube 44 and is delimited on the outside by a jacket tube 48 made of brass as the outer part of the burner arm 16, which sits sealed in the bushing 24 at the end.
- This outer water space 43 is connected on the one hand to the front edge 49 of the plastic tube 44 in terms of fluid flow to the inner water space 42 and on the other hand within the collar 31 of the receiving body 30 in turn connected to a transverse bore 40 a , which is radially opposite the first described transverse bore 40; both transverse bores 40, 40 a are connected to outer hose connections 50, 50 a , one of which can be seen protruding laterally from the end piece 23 and the other from the bush 24.
- the central tube 38 ends at a distance q from the free end of the device 10, which is formed by a ridgeline-shaped outer surfaces 51, 51 a of a spray nozzle 52, as a thin-walled end piece offset at 53 shoulder-like.
- An open tube end 54 of a copper cooling body 56 which has radially projecting cooling fins 57, is soldered into this; an axial bore 55 of the heat sink 56 continues the interior 39 of the central tube 38 and, according to FIG. 3, passes into an axial channel 59 with three transverse bores 59 a inclined to the longitudinal axis A of a cathode 60, which axially continues the heat sink 56 and its end face 58 covered with a collar 61.
- a dome-shaped cathode tip 62 made of tungsten is used.
- a cylinder 66 made of oxide ceramic, preferably made of Al203, extends to the outside with the interposition of a Seal 28 a hugs a cylindrical slide part 68 of an anode, which is formed by the spray nozzle 52; the latter consists of the slide-on part 68 and a head part 69, which is screwed into the jacket tube 48 with a shoulder-like recess 70 and which on both sides of the longitudinal axis A offers the already mentioned outer surfaces 51, 51 a , which together form an angle w of 90 °.
- radial grooves 67, 67 a can be seen.
- the anodic spray nozzle 52 has a conical cavity 71 receiving the cathode 60, to which a nozzle channel 72 connects. According to FIG. 3, this is curved in a longitudinal section in order to open at one outer surface 51, ie the axis M of its mouth part 72 a extends at an angle t of 45 ° to the longitudinal axis A - and thus also in the operating position shown in FIG. 1 in an angle of 45 ° to the inner surface of the light metal tube 12 to be coated.
- an oblique bore 74 of the spray nozzle 52 ends there.
- This oblique bore 74 connects at the other end to a block-like attachment 76 resting in a groove-like recess 75 of the outer surface 51 a , which runs parallel to the nozzle comb 77 and is part of a feed pipe 78 for powder is.
- This feed pipe 78 runs with its connecting end 79 on the outer surface of the casing pipe 48.
- the central tube 38 protrudes with its end remote from the spray nozzle 52 from the connection housing 14 or from its end piece 23 and penetrates according to FIG. 1 the disk 20, which is inserted into the end recess 36 with a conical extension 21.
- the disc 20 with its conical extension 21 is screwed onto an external thread 37 of the central tube 38.
- This external thread 37 also receives two grip nuts 80.
- the described external thread 37 of the central tube 38 is followed - in FIG. 1 on the right - by the connecting end 18 of the central tube 38, which is connected to a line (not shown) for a working gas in order to make it ready for operation;
- a line not shown
- this gas mixture flows in the flow direction x into the cavity 71 of the spray nozzle 52 and surrounds an arc there, which is only indicated at B in FIG. 3 and in front of the oblique bore 74 for the powder feed ends.
- Arc B arises between anode 52 and cathode 60; the latter is connected via the metallic central tube 38 and the end piece 23 of the handle housing 14 to a minus pole designated in FIG. 1 with P n , the anode via the jacket tube 48 and the bushing 24 to a positive pole P p .
- the arc can be changed by axially shifting the cathode 60; the length n of the slide-on part 68 of the anode 52 determines the extent of that axial displacement, since it allows the position of the cathode 60 to be changed in this respect by means of the central tube 38.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Plasmaspritzbrenner mit einer eine Elektrode bildenden, einen Düsenkanal enthaltenden, insbesondere anodisch geschalteten Spritzdüse und einer dieser zugeordneten zweiten Elektrode in einem gegen die Spritzdüse elektrisch isolierten Brennerteil eines Brennerarms, der Störmungskanäle für Arbeitsgas sowie für Kühlmedium aufweist, welches in einem der Strömungskanäle düsenwärts fließt und nach erfolgtem Kühlvorgang aus einem anderen Strömungskanal abgeleitet wird, wobei in den Düsenkanal eine Zuleitung für Pulver mündet. Zudem erfaßt die Erfindung ein Verfahren zur Innenbeschichtung eines Rohres.
- Eine Vorrichtung dieser Art ist durch die DE-OS 34 30 383 für die Herstellung von Innenschichten in Haltenuten von Turnbinenscheiben vorgeschlagen worden. Diese bekannte Vorrichtung weist einen Brennerkopf mit voneinander abklappbaren Anoden- und Kathodenhalbschalen auf; in letzterer sitzt eine Elektrode, welche in den Düsenkanal einer Spritzdüse im anodischen Teil des Brennerkopfes ragt. Die Spritzrichtung ist hier rechtwinklig zur Brennerkopfachse, die Pulverzuführung erfolgt sehr nahe an der Elektrode unmittelbar an der Mündung des Düsenkanals.
- Zur Kühlung sind Düsenöffnungen an einem Düsenring vorgesehen, der den Brennerkopf in Abstand zum Düsenkanal supportartig umgibt; durch diese Oeffnungen wird ein Gasschutzmantel zur Kühlung erzeugt, der auch Spritzstaub ausblasen soll.
- Die Vorerfindung beschränkt sich i.w. auf eine rotationssymetrische Ausbildung des Elektrodenkopfes, der in eine querschnittlich besonders ausgebildete Brennerdüse einragt.
- In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, einen Plasmaspritzbrenner der eingangs erwähnten Art für das Innenbeschichten sehr enger Rohre od.dgl. Hohlräume bezüglich seiner Wirkungsweise zu verbessern, insbesondere die Einstellbarkeit seines Lichtbogens und desssen Relation zur Zone der Aufschmelzung zu steuern und die Kühlung zu optimieren. Darüberhinaus soll der Aufbau des Plasmaspritzbrenners eine völlig andere Konzeption erhalten, die auch den Zugriff zu den Einzelteilen vereinfacht.
- Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß der Strömungskanal für das Arbeitsgas an eine die zweite Elektrode durchsetzenden Kanal anschließt und der Düsenkanal zumindest im Bereich seiner Mündung zur Längsachse des Brennerarms bzw. des Strömungskanals in einem Winkel geneigt ist. Zudem soll dieser zur Längsachse geneigte Bereich des Düsenkanals etwa rechtwinklig zu einer ihrerseits geneigten Außenfläche der Spritzdüse verlaufen, wobei der Neigungswinkel zwischen Düsenkanal und Längsachse bevorzugt etwa 45° beträgt. Allerdings kann im Rahmen der Erfindung von dieser Maßgabe auch begrenzt abgewichen werden. Das Hindurchführen des Arbeitsgases durch die Elektrode vereinfacht den Brenneraufbau und gestattet eine günstige Ausgestaltung der Spritzdüse.
- Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zwischen dem Strömungskanal für das Arbeitsgas und den Kanal der zweiten Elektrode eine Bohrung eines Kühlkörpers geschaltet, der von einem in den erfindungsgemäßen Brenner integrierten Kühlmantelraum -- als Strömungsraum für das Kühlmedium -- umgeben ist. Dieses Kühlmedium ist hier vorteilhafterweise Kühlflüssigkeit, welche bis an die Spritzdüse herangeführt werden kann, so daß die Kühlung hier in jedem Fall sehr effektiv ist. Ein äußerer Gasschutzmantel entfällt, dessen Strömung die sich bildende Plasmaschicht negativ beeinflußen kann.
- Für die Ausbildung des erfindungsgemäßen Plasmaspritzbrenners, vor allem aber für den sehr engen Durchmesser des Brennerarms von etwa 20 mm, ist die Maßgabe von besonderer Bedeutung, den Strömungskanal für das Arbeitsgas in einem Zentralrohr des Brennerarms unterzubringen, an dem das Kühlmittel unmittelbar entlang zur Elektrode strömt; das Zentralrohr begrenzt mit einem koaxialen Rohr aus elektrisch nicht leitendem Werkstoff den inneren Kühlmantelraum.
- Dieses Zentralrohr ist an die oben beschriebene zweite Elektrode unmittelbar angeschlossen und dient auch für diese als Stromzuführung. Grundsätzlich ist es möglich, die Anode am Zentralrohr anzubringen und die Spritzdüse kathodisch zu schalten, jedoch wird nachfolgend davon ausgegangen, daß die Spritzdüse vorteilhafterweise den Anodenteil des Elektrodensystems verkörpert und die Kathode am Zentralrohr sitzt. Die Umkehrung dieser Anordnung fällt in den Rahmen der Erfindung.
- Bevorzugt wird das koaxiale Rohr von einem Mantelrohr in Abstand umgeben und bildet mit diesem einen zweiten Kühlmantelraum, der mit dem zuerst genannten inneren Kühlmantelraum im Bereich der Spritzdüse verbunden ist; der innere Kühlmantelraum führt das flüssige Kühlmedium in kaltem Zustand zur Spritzdüse, wo es um die freie Kante des koaxialen Rohres umgelenkt und durch den äußeren Kühlmantelraum abgeführt wird. Als günstig hat es sich erwiesen, das koaxiale Rohr aus Acrylglas zu fertigen, das sich gegen Abstandshalter des Zentralrohres stützt, ohne daß dadurch die axiale Bewegbarkeit des Zentralrohres gegenüber dem Acrylglasrohr od.dgl. beeinträchtigt würde.
- Das genannte Mantelrohr bildet die Außenfläche des Brennerarms, darüberhinaus in bevorzugter Ausführung auch die Zuleitung des Stromes zur anodischen -- bzw. zur kathodischen -- Spritzdüse, welche das Mantelrohr nach vorne hin abschließt.
- Der erfindungsgemäße Plasmaspritzbrenner weist also drei konzentrische Hohlräume auf, nämlich den in die Längsachse des Brennerarmes fallenden Strömungskanal für das Arbeitsgas sowie die beiden ihn umgebenden Kühlmittelmäntel.
- Erfindungsgemäß sitzt am Ende des Zentralrohres der bereits erwähnte Kühlkörper, der mit radial abstehenden Kühlrippen in den inneren Kühlmittelmantel hineinragt und dadurch diesem eine verhältnismäßig große Oberfläche zum Wärmeaustausch anbietet.
- In Strömungsrichtung ragt aus diesem kupfernen Kühlkörper die aus gleichem Werkstoff hergestellte Kathode hinaus, welche mit einer stromungsgünstigen Spitze aus einem Werkstoff hohen Schmelzpunktes und einer gegenüber dem Kathodenkörper geringeren elektrischen Leitfähigkeit besteht. Hierfür bietet sich Wolfram mit einem Schmelzpunkt von 3390° C und einer gegenüber dem Kupfer um etwa zwei Drittel verminderten Leitfähigkeit an. Die Kathode kragt in einen dem Düsenkanal vorgeschaltenen Hohlraum der Spritzdüse ein und zwar so, daß -- erfindungsgemäß in Strömungsrichtung geneigte -- Querbohrungen als Endstücke des Strömungskanals für das Arbeitsgas seitlich an der Kathode münden. Das Arbeitsgas gelangt so -- gerichtet -- in einen Ringraum zwischen Kathode und Anode und strömt an der beschriebenen Kathodenspitze innerhalb eines sich konisch verjüngenden Teiles der Spritzdüse nach vorne in den anschließenden Düsenkanal, wo sich in Betriebsstellung des Plasmaspritzbrenners der bei derartigen Geräten übliche Lichtbogen befindet. Dessen Spitze steht in einem so ausreichenden Abstand zu der nahe der Düsenkanalmündung vorgesehenen Pulverzuführung, daß auch für hochschmelzende Metallpartikel eine ausreichende Aufschmelzung gewährleistet ist; die Zone höchster Wirksamkeit des Lichtbogens liegt in kurzem Abstand vor dessen Ende.
- Von besonderer Bedeutung ist für den Erfindungsgegenstand, daß das Zentralrohr axial beweglich lagert, so daß ohne Probleme die Lage des Lichtbogens durch ein einfaches Verschieben des Zentralrohres mit seiner Kathodenspitze durchgeführt werden kann.
- Zur Lagerung der Kathode schließt erfindungsgemäß an einen sich konisch erweiternden Hohlraum der Spritzdüse der Innenraum eines zylindrischen Teiles an, der einem Isolierring -- bevorzugt aus Aluminiumoxid od.dgl. porenfreier Keramik -- dicht anliegt. Dieser Keramikzylinder umgibt einen Teil des Kühlkörpers und ruht mit diesem bevorzugt axial verschiebbar im zylindrischen Teil der Spritzdüse.
- Die Kühlung ist von hoher Wirksamkeit, da der Kühlkörper nach außen hin mit Kühlrippen ausgestattet ist, die radial in den inneren Kühlmantelraum ragen.
- Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die das Mantelrohr endwärts verschließende Spritzdüse zwei miteinander einen Winkel von bevorzugt 90° einschließende Außenflächen anbietet, von denen eine durch zumindest eine Bohrung mit dem Düsenkanal verbunden und diese Bohrung an ein äußeres Zuführrohr als Zuleitung für Pulver angeschlossen ist, welches etwa parallel zum Mantelrohr verläuft.
- Bei der bevorzugten Ausführung des Plasmaspritzbrenners ist dessen Mantelrohr als Stromzuführung für die Spritzdüse ausgebildet, also beispielsweise aus Messing gefertigt. In besonderen Fällen aber kann auch am Zuführrohr ein elektrisch leitender Werkstoff vorgesehen und mit der Spritzdüse verbunden sein, die dann gegen den Brennerarm isoliert ist.
- Auch die Ausbildung des gehäuseartigen Supports, von dem der Brennerarm abragt, ist von Bedeutung; ein an das Zentralrohr angeschlossenes Endstück od.dgl. aus elektrisch leitendem Werkstoff ist unter Zwischenschaltung eines elektrisch isolierenden Zwischenringes od.dgl. mit einem vorderen Supportteil aus elektrisch leitendem Werkstoff fest verbunden, wobei bevorzugt der vordere Supportteil das Zentralrohr in Abstand umfängt und fest mit dem Mantelrohr verbunden ist.
- Erfindungsgemäß lagert im vorderen Supportteil ein büchsenartiger Aufnahmekörper aus elektrisch isolierendem Werkstoff mit einem an das koaxiale Rohr aus nicht leitendem Werkstoff angeschlossenen Kragen. Dieser Aufnahmekörper umgibt das Zentralrohr so, daß er mit dem Zentralrohr einen Teil des inneren Kühlmantelraumes bildet und im Bereich des Endstückes mit einem dem Zentralrohr anliegenden Bodenteil den inneren Kühlmantelraum radial begrenzt.
- Der innere Kühlmantelraum im Endstück und der äußere Kühlmantelraum im vorderen Supportteil sind jeweils mit einem an sich bekannten Schlauchanschluß od.dgl. verbunden, von denen jeder auch dem Stromanschluß dient; so ist das Endstück über seinen Schlauchanschluß mit dem Minuspol einer Stromleitung verbunden, wenn die Elektrode des Zentralrohres kathodisch ist.
- Die Bewegbarkeit des Zentralrohres mit der Kathode wird dadurch ermöglicht, daß das Zentralrohr durch eine sich endwärts konisch erweiternde Endausnehmung des Endstückes aus diesem herausragt und die Endausnehmung ein sich konisch verjüngendes Gegenstück aufnimmt, das ein zentraler Ansatz einer an das Endstück angeschlossenen Stirnscheibe ist, der Griffmuttern auf einem Außengewinde des Zentralrohrers zugeordnet sind.
- Im Rahmen der Erfindung liegt auch ein Verfahren zur Innenbeschichtung eines Rohres durch Plasmaspritzen, bei dem das Rohr eines Innendurchmessers von weniger als 30 mm auf den Brennerarm aufgeschoben wird, wonach der Plasmaspritzbrenner entzündet und während des Plasmaspritzens das -- seinerseits gekühlte -- Rohr gedreht sowie relativ zum Brennerarm axial bewegt wird. Die in dieser Weise aufgetragene korrosionsbeständige Innenschicht -- beispielsweise in einem Aluminiumrohr, das als Batterienmäntel eingesetzt wird -- entsteht sehr einfach und ist völlig einwandfrei. Sowohl dieses Verfahren als auch die in den Unteransprüchen 36 bis 44 angegebenen Merkmale sind selbständig schutzfähig.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
- Fig. 1: eine teilweise geschnittene Draufsicht auf eine Spritzvorrichtung für Plasma mit Anschlußgehäuse und Brennerarm;
- Fig. 2: einen gegenüber Fig. 1 vergrößerten Teillängsschnitt durch den Bereich des Anschlußgehäuses;
- Fig. 3: einen gegenüber Fig. 1 vergrößerten Teillängsschnitt durch einen Teil des Brennerarms mit Pulverzuführung;
- Fig. 4: die Frontansicht zu Fig. 3;
- Fig. 5: den Längsschnitt durch die Pulverzuführung;
- Fig. 6: den Längsschnitt durch ein Detail des Brennerarms;
- Fig. 7: eine Axialansicht zu Fig. 6;
- Fig. 8 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Teiles der Fig. 3;
- Fig. 9: die Frontansicht zu Fig. 8.
- Ein Spritzbrenner 10 für Plasma zum Herstllen einer korrosionsfesten Innenschicht 12 eines bei 13 angedeuteten in etwa 220 mm langen Leichtmetallrohres, dessen Innendurchmesser d etwa 30 mm mißt, weist an einem -- aus Hartgewebe geformten -- Anschlußgehäuse oder Support 14 der beispielsweisen Länge a von 75 mm einen stabförmigen Brennerarm 16 eines Außendurchmesser i von etwa 20 mm sowie einer -- von einer Gehäusestirnfläche 15 an gemessenen -- Kraglänge b von hier 480 mm auf. Ein in der Längsachse A des Plasmaspritzbrenners 10 verlaufendes Anschlußrohr 18 ragt von einer die andere Gehäusestirnfläche bildenden Stirnscheibe 20 mit einer freien Länge e von etwa 60 mm ab.
- Wie insbesondere Fig. 2 verdeutlicht, besteht das Anschlußgehäuse 14 aus zwei von einem Zwischenring 22 aus elektrisch isolierendem Werkstoff wie Acetalharz getrennten und mit diesem durch Schrauben fest verbundenen Teilen aus Messing od.dgl. Metall, nämlich einem blockähnlichen Endstück 23 sowie einer -- das eine Ende des Brennerarmes 16 aufnehmenden -- Büchse 24, deren Bodenplatte 25 mit einem zentrischen Durchbruch 26 eines Durchmesser f von etwa 13,5 mm versehen ist und dank eines in den Zwischenring 22 eingesetzten O-Ringes 28 jenem dicht anliegt - ein solcher O-Ring 28 findet sich auch an der dem Endstück 23 benachbarten Fläche des Zwischenringes 22.
- In die Büchse 24 ist ein ihren Durchbruch 26 durchsetzender hohler Aufnahmekörper 30 aus gegebenenfalls Füllstoffe enthaltendem Polytetrafluoräthylen (PTFE) od.dgl. eingebracht, welcher innerhalb der Büchse 24 einen querschnittlich L-förmigen Kragen 31 besitzt und durch den Zwischenring 22 hindurch in eine Sackbohrung 33 des Endstückes 23 greift; in dieser Sackbohrung 33 verläuft in Abstand zu deren Boden ein Bodenring 32 des Aufnahmekörpers 30, welcher infolge einer zentrischen Axialbohrung 34 als schulterartige Ringfläche 35 erscheint. Die Axialbohrung 34 ist verhältnismäßig kurz und geht in eine sich von ihr konisch erweiternde Endausnehmung über.
- Die Ringöffnung des Bodenringes 32 sowie die anschließende Axialbohrung 34 des Endstückes 23 sind von gleichter Weite (= h etwa 7 mm), welche dem Außendurchmesser eines durch sie hindurchgeführten Zentralrohres 38 aus Messing od.dgl. Metall entspricht, das in der Axialbohrung 34 von einem Dichtungsring 28a umgeben ist. Letzterer ist -- wie auch der O-Ring 28 am Zwischenring 22 -- erforderlich, um die Sackbohrung 33 abzudichten, die über eine Querbohrung 40 des Endstückes 23 an ein aus Gründen der Uebersichtlichkeit nicht dargestelltes Wassersystem angeschlossen werden kann und mit dem Zentralrohr 38 einen ringförmigen Wasserraum begrenzt. Dieser ist über eine Ausnehmung 41 mit dem Innenraum jenes Aufnahmekörpers 30 verbunden, der seinerseits mit dem Zentralrohr 38 einen Raum 42 für einen Wassermantel bildet.
- Der Raum 42 für den Wassermantel setzt sich über den Aufnahmekörper 30 hinaus fort; das Zentralrohr 38 wird in Abstand von einem koaxialen -- bevorzugt transluzenten -- Kunststoffrohr 44 umgeben, das bei 45 mit dem Aufnahmekörper 30 verschraubt ist und einem Distanzring 46 mit achsparallelen Ausnehmungen 47 enthaltenden -- Distanzring 46 des Zentralrohres anliegt.
- Ein zweiter konzentrischer Wasserraum 43 befindet sich außerhalb des Kunststoffrohres 44 und wird nach außen von einem Mantelrohr 48 aus Messing als äußeren Teil des Brennerarmes 16 begrenzt das endwärts in der Büchse 24 abgedichtet sitzt. Dieser äußere Wasserraum 43 ist einerseits an der Stirnkante 49 des Kunststoffrohres 44 strömungstechnisch an den inneren Wasserraum 42 sowie anderseits innerhalb des Kragens 31 des Aufnahmekörpers 30 seinerseits an eine Querbohrung 40a angeschlossen, welche der erstbeschriebenen Querbohrung 40 radial gegenüberliegt; beide Querbohrungen 40, 40a sind mit äußeren Schlauchanschlüssen 50, 50a verbunden, von denen erkennbar einer vom Endstück 23 und der andere von der Büchse 24 jeweils seitlich abragt.
- Das Zentralrohr 38 endet in Abstand q von dem -- durch eine Kammlinie 77 satteldachartig angeordneter Außenflächen 51, 51a einer Spritzdüse 52 gebildeten -- freien Ende der Vorrichtung 10 als ein bei 53 schulterartig abgesetztes dünnwandiges Endstück.
- In dieses ist ein offenes Rohrende 54 eines -- radial abstehende Kühlrippen 57 aufweisenden -- Kühlkörpers 56 aus Kupfer eingelötet; eine axiale Bohrung 55 des Kühlkörpers 56 setzt den Innenraum 39 des Zentralrohres 38 fort und geht gemäß Fig. 3 in einen axialen Kanal 59 mit drei zur Längsachse A geneigten Querbohrungen 59a einer Kathode 60 über, die den Kühlkörper 56 axial fortsetzt und seine Stirnfläche 58 mit einem Kragen 61 überdeckt. In diesen ist -- ebenfalls axial -- eine kalottenartig geformte Kathodenspitze 62 aus Wolfram eingesetzt.
- Zwischen dem Kragen 61 der Kathode 60 und einem Schulterabsatz 64, welcher sich am kathodenseitigen Ende der Kühlrippen 57 befindet und mit einem O-Ring 28 versehen ist, erstreckt sich ein Zylinder 66 aus Oxidkeramik, bevorzugt aus Al₂0₃, an den sich außen unter Zwischenschaltung einer Dichtung 28a ein zylindrisches Aufschubteil 68 einer Anode anschmiegt, die von der Spritzdüse 52 gebildet wird; letztere besteht aus dem Aufschubteil 68 und einem Kopfteil 69, das mit einem schulterartig eingezogenen Absatz 70 in das Mantelrohr 48 eingechraubt ist sowie beidseits der Längsachse A die bereits erwähnten Außenflächen 51, 51a anbietet, die miteinander einen Winkel w von 90° einschließen. Am Uebergang vom Kopfteil 69 zum Aufschubteil 68 sind radiale Nuten 67, 67a zu erkennen.
- Die anodische Spritzdüse 52 weist einen die Kathode 60 kufnehmenden konischen Hohlraum 71 auf, an den ein Düsenkanal 72 anschließt. Dieser ist gemäß Fig. 3 längsschnittlich gekrümmt, um an der einen Außenfläche 51 zu münden, d.h. die Achse M seines Mündungsteiles 72a verläuft in einem Winkel t von 45° zur Längsachse A - und damit auch in der in Fig. 1 wiedergegebenen Betriebsstellung in einem Winkel von 45° zur Innenfläche des zu beschichtenden Leichtmetallrohres 12.
- Neben der Mündung 73 des Düsenkanals 72 endet an diesem eine Schrägbohrung 74 der Sprühdüse 52. Diese Schrägbohrung 74 schließt andernends an einen in einer nutartigen Ausnehmung 75 der Außenfläche 51a ruhenden klotzartigen Aufsatz 76 an, der parallel zum Düsenkamm 77 verläuft sowie Teil eines Zuführrohres 78 für Pulver ist. Dieses Zuführrohr 78 verläuft mit seinem Anschlußende 79 an der Außenfläche des Mantelrohres 48.
- Das Zentralrohr 38 ragt mit seinem der Spritzdüse 52 fernen Ende aus dem Anschlußgehäuse 14 bzw. aus dessen Endstück 23 hinaus und durchsetzt dabei gemäß Fig. 1 die Scheibe 20, welche mit einem konischen Ansatz 21 in die Endausnehmung 36 eingesetzt ist. Die Scheibe 20 mit ihrem konischen Ansatz 21 ist auf ein Außengewinde 37 des Zentralrohres 38 aufgeschraubt.
- Dieses Außengewinde 37 nimmt auch zwei Griffmuttern 80 auf. Dem beschriebenen Außengewinde 37 des Zentralrohres 38 folgt -- in Fig. 1 rechts -- das Anschlußende 18 des Zentralrohres 38, welches zur Herstellung der Betriebsbereitschaft mit einer nicht dargestellten Leitung für ein Arbeitsgas verbunden wird; durch den Innenraum 39 des Zentralrohres 38 und die axiale Bohrung 55 des Kühlkörpers 56 gelangt dieses Gasgemisch in Strömungsrichtung x in den Hohlraum 71 der Spritzdüse 52 und umgibt dort einen Lichtbogen, der in Fig. 3 bei B lediglich angedeutet ist und vor der Schrägbohrung 74 für die Pulverzuführung endet.
- Der Lichtbogen B entsteht zwischen Anode 52 und Kathode 60; letztere ist über das metallische Zentralrohr 38 und das Endstück 23 des Griffgehäuses 14 an einen in Fig. 1 mit Pn bezeichneten Minuspol, die Anode über das Mantelrohr 48 und die Büchse 24 an einen Pluspol Pp angeschlossen.
- Das Kühlwasser tritt beim Schlauchanschluß 50 des Endstückes 23 in den Spritzbrenner 10 ein, bildet am Zentralrohr 38 den inneren Wassermantel 42, fließt nach Berührung des Kühlkörpers 56 um die Stirnkante 49 des Kunststoffrohres 44 in den äußeren Raum 43 und in diesem zum Schlauchanschluß 50a der Büchse 24.
- Eine Veränderung des Lichtbogens ist durch das axiale Verschieben der Kathode 60 möglich; die Länge n des Aufschubteils 68 der Anode 52 bestimmt das Maß jener axialen Verschiebung, denn sie erlaubt eine diesbezügliche Lageveränderung der Kathode 60 mittels des Zentralrohres 38.
- Der Stromübergang zu diesem ist im übrigen durch den konischen Ansatz 21 und dessen dem Endstück 23 anliegende Außenfläche stets gewährleistet.
Claims (23)
dadurch gekennzeichnet,
daß der Strömungskanal (39) für das Arbeitsgas an einen die zweite Elektrode (60) durchesetzenden Kanal (59) anschließt und der Düsenkanal (72, 72a) zumindest im Bereich seiner Mündung (73) zur Längsachse (A) des Brennerarms (16) bzw. des Strömungskanals (39) in einem Winkel (t) geneigt ist.
C 0.6 - 3.0 %
Si 0.2 - 2.0 %
Cr 26.0 - 33.0 %
W 2.0 - 15.0 %
Ni 0 - 5.0 %
Fe 0 - 5.0 %
Co Rest
gegebenenfalls mit Ni bzw. Fe über 0,01 %.
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