EP0357694B1 - Vorrichtung zum erzeugen eines schutzgasmantels beim plasmaspritzen - Google Patents

Vorrichtung zum erzeugen eines schutzgasmantels beim plasmaspritzen Download PDF

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EP0357694B1
EP0357694B1 EP89901054A EP89901054A EP0357694B1 EP 0357694 B1 EP0357694 B1 EP 0357694B1 EP 89901054 A EP89901054 A EP 89901054A EP 89901054 A EP89901054 A EP 89901054A EP 0357694 B1 EP0357694 B1 EP 0357694B1
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EP
European Patent Office
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nozzle
protective gas
plasma
jet
gas
Prior art date
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EP89901054A
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EP0357694A1 (de
Inventor
Christian Reiter
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Nova Werke AG
Original Assignee
Nova Werke AG
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Publication date
Application filed by Nova Werke AG filed Critical Nova Werke AG
Priority to AT89901054T priority Critical patent/ATE69000T1/de
Publication of EP0357694A1 publication Critical patent/EP0357694A1/de
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Publication of EP0357694B1 publication Critical patent/EP0357694B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/16—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed
    • B05B7/22—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc
    • B05B7/222—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc using an arc
    • B05B7/226—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas incorporating means for heating or cooling the material to be sprayed electrically, magnetically or electromagnetically, e.g. by arc using an arc the material being originally a particulate material

Definitions

  • the invention relates to a device for producing a protective gas jacket during the plasma spraying of coating materials with a device for generating the plasma jet, feeds for the coating material, a spray jet nozzle and a gas supply channel for protective gas arranged concentrically around the spray jet nozzle.
  • Devices of this type are used as nozzles or spray guns in plasma spraying devices.
  • the plasma is generated in a known manner, for example by an electric arc and a carrier gas.
  • Atomized or powdered coating materials are introduced into the thermal plasma, and the resulting plasma jet is directed through a spray jet nozzle onto the workpiece to be coated.
  • a nozzle is known from American Patent No. 3,470,347.
  • An annular protective gas supply channel is arranged around a spray jet nozzle. This shielding gas supply channel is open in the direction of the spray jet, and the shielding gas stream is intended to surround the spray jet lying in the center in a ring.
  • Another such device is known from German Offenlegungsschrift No. 2,818,303.
  • the protective gas supply channel is also arranged in a ring and concentrically around the spray jet nozzle.
  • the outflow direction of the protective gas is directed against the flow direction of the spray jet, which is too difficult to control Flow conditions between inert gas and spray jet leads.
  • the inadmissible cooling of the outer areas of the spray jet is to be prevented, and controlled flow conditions between the protective gas jacket and the spray jet are to be created.
  • a protective gas nozzle with a core cavity is connected to the gas supply channel and the diameter and length of the core cavity the shielding gas nozzle is at least twice as large as the outlet diameter of the spray nozzle, this core cavity at the front end in the flow direction of the plasma jet is open over the full cross-sectional area of the shielding gas and plasma jet, the core cavity and thus the shielding gas nozzle at the rear end in the flow direction of the plasma jet has an annular and at least partially curved or oblique end surface that is rotationally symmetrical with respect to the longitudinal axis, the gas supply channel is arranged in the flow direction of the plasma jet at the rear end of the protective gas nozzle, the annular end surface of the protective gas nozzle is connected on the one hand to the exit edge region of the spray nozzle and on the other hand the rear wall of the concentrically around the protective gas nozzle forms an annular gas supply channel and the end face with the opposite wall of the gas supply channel forms a nozzle channel, which in a section plane running through the central
  • a preferred embodiment of the invention is characterized in that the nozzle channel formed by the end face of the protective gas nozzle and the gas supply channel first runs radially and approximately at right angles to the longitudinal axis of the protective gas nozzle in the flow direction of the protective gas, and is then deflected continuously or in stages in the flow direction of the plasma jet.
  • a preferred embodiment consists in that the end face of the protective gas nozzle has an angle of 0 to 60 ° to the longitudinal axis of the nozzle in the region of the outlet edge of the spray nozzle, and this angle is inclined in this region against the direction of flow of the plasma jet.
  • a further improvement of the device can be achieved in that the cross sections at the nozzle channel are perpendicular to the flow direction of the protective gas are the same regardless of the radial distance to the nozzle axis.
  • an annular expansion channel is arranged in front of the gas supply channel.
  • the protective gas nozzle is arranged with a core cavity, this core cavity having certain minimum dimensions and a specially shaped rear end surface in relation to the outlet diameter of the spray jet nozzle.
  • the protective gas is initially introduced into an annular expansion channel and flows into the nozzle channel via a likewise annular gas supply channel. This nozzle channel is initially directed radially and approximately at right angles to the central longitudinal axis of the protective gas nozzle. In the direction of flow of the protective gas, i.e.
  • the nozzle channel is then deflected continuously or in stages in the direction of flow of the spray jet or plasma jet.
  • This deflection of the canal directs the protective gas in the same direction as the spray jet.
  • the protective gas layers of the protective gas jacket which are ultimately directed against the spray jet, are accelerated very strongly and are applied to the outer regions of the spray jet without swirling.
  • the protective gas is heated during the inflow of the protective gas from outside to the spray jet, the temperature of the protective gas being adjustable by known cooling devices. All known gases can be used as protective gases, the selection of which likewise depends in a known manner on the coating material used and the additional criteria known in plasma spraying.
  • the advantages of the device according to the invention are that the configuration of the device according to the invention
  • the protective gas jacket has no disruptive effects on the spray jet, in particular does not whirl up and cool down its outer areas. Due to the absence of turbulence, the shielding gas flow is also warmed up less and it can be used to cool the coating surface. This often enables a reduction in the amount of protective gas, which leads to savings.
  • the uniform and controlled flow of the protective gas jacket prevents the access of ambient air to the spray jet, which achieves very high coating quality.
  • the front part 1 of a plasma spray gun shown in FIG. 1 is attached to a plasma spray gun or plasma spray device of the known type.
  • the known devices for forming the plasma jet 2, which consists of a carrier gas and the molten coating material, and the feeds for the coating material are not shown.
  • a protective gas nozzle 6 is arranged concentrically around a spray jet nozzle 5, the protective gas nozzle 6 extending in the flow direction 25 of the plasma jet 2 beyond the exit edge region 11 of the spray jet nozzle 5.
  • the shielding gas nozzle 6 essentially consists of a core cavity 26 through which the plasma jet 2 and the shielding gas stream surrounding it flows, an annular expansion duct 19, a gas supply duct 10 for the shielding gas and an end surface 9 which forms a wall of the nozzle duct 14.
  • An example is the diameter of the core cavity 26, which determines the width of the flow channel in the nozzle 6, approximately 2.5 times larger than the outlet diameter of the spray jet nozzle 5 in the outlet edge region 11.
  • the length of the protective gas nozzle 6 becomes from the rearmost point of the end face 9 measured up to the exit edge of the core cavity 26 at the front end 7 and in the example shown is larger by a factor of 5 than the exit diameter of the spray jet nozzle 5.
  • the end face 9 is a rotationally symmetrical ring surface curved in the direction of the rear end 8 of the protective gas nozzle 6 .
  • the end face 9 connects on the one hand to the exit edge area 11 of the spray jet nozzle 5 and is on the other hand connected in its outer area to the rear wall 12 of the gas supply channel 10.
  • the wall 12 and the end surface 9 form the boundary surfaces for the nozzle channel 14. If a cutting surface is placed through the axis 15, the cross-sectional area of the nozzle channel 14, which lies in this cutting surface, has one from the starting area 16 cross section diverging towards the end region 17.
  • the protective gas argon used in the example shown is fed to the protective gas nozzle 6 via a feed line 20.
  • This feed line 20 opens into an annular expansion channel 19, which is arranged concentrically around the axis 15.
  • the protective gas is distributed uniformly over the entire circumference and then flows through the likewise annular gas supply channel 10 into the nozzle channel 14 and from here parallel to the plasma jet 2 through the core cavity 26 against the workpiece 3.
  • the arrangement of the gas supply channel 10 forces the protective gas flow , initially to flow radially against the axis 15 or the plasma jet 2.
  • the protective gas flow is deflected in the direction of the flow 25 of the plasma jet 2, in the entire area of the end face 9 a component acting radially against the axis 15 is retained.
  • the outer layers of the protective gas flow along the end face 9 experience considerable acceleration. Due to the simultaneous heating of the shielding gas stream, the shielding gas expands and the shielding gas stream is additionally accelerated.
  • the protective gas flow is applied to the outer areas of the plasma jet 2 practically without turbulence, and the swirling up of these outer areas is prevented.
  • Cooling channels 23, 24 are arranged in the spray jet nozzle 5 and protect the spray jet nozzle 5 against excessive heating.
  • the coolant is supplied to these cooling channels 23, 24 via the supply line 21 and the coolant channel 22.
  • the temperature of the protective gas in the nozzle channel 14 can be changed by means of a suitable coolant guide in the channel 23 and by changing the gas quantity.
  • the end face 9 is given a certain angle 18 in the region of the exit edge 11 on the spray jet nozzle 5. In the example shown, this angle 18 is approximately 20 °.
  • annular cross-sectional areas can be reproduced in the flow direction of the protective gas, which are each perpendicular to the flow direction. This large number of cross-sectional areas is independent of radial distance to the axis 15 on an equally large ring area.
  • the uniform funnel-shaped shape of the nozzle channel 14 also results from this specification.
  • FIG. 2 shows a simplified configuration of the end face 30 and the gas supply channel 31.
  • the supply line for the protective gas and the coolant channels are of the same design as shown and described for FIG. 1, but are not shown in FIG. 2 for simplification.
  • the protective gas supplied via the supply lines, not shown is in turn distributed in an expansion channel 32 around the entire circumference of the protective gas nozzle 6 and then flows via the annular gas supply channel 31 into the nozzle channel 14 in this area the lateral surface 33 of a truncated cone.
  • the end face 30 is again uniformly curved and connected to the rear wall 34 of the gas supply channel 31.
  • the end surface 30 and the opposite wall 35 form the boundary surfaces for the nozzle channel 14.
  • the protective gas is initially guided radially through the gas supply channel 31 in the direction of the central axis 15 and then continuously deflected in the flow direction of the plasma jet 2. This deflection also brings about the effect of the acceleration of the protective gas flow and the turbulence-free application of the protective gas jacket flow to the outer regions of the plasma jet 2 in the region of the core cavity 26, as already described for FIG Areas can be adapted to the parameters of the plasma jet 2, such as flow speed, temperature, composition, etc.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Schutzgasmantels beim Plasmaspritzen von Beschichtungsmaterialien mit einer Einrichtung zur Erzeugung des Plasmastrahles, Zuführungen für das Beschichtungsmaterial, einer Spritzstrahldüse und einem konzentrisch um die Spritzstrahldüse angeordneten Gaszuführungskanal für Schutzgas.
  • Vorrichtungen dieser Art finden als Düsen oder Spritzpistolen bei Plasmaspritzeinrichtungen Verwendung. Das Plasma wird dabei in bekannter Weise, zum Beispiel durch einen elektrischen Lichtbogen und ein Trägergas erzeugt. In das thermische Plasma werden zerstäubte oder pulverförmige Beschichtungsmaterialien eingebracht, und der entstehende Plasmastrahl durch eine Spritzstrahldüse auf das zu beschichtende Werkstück gerichtet. Aus der Amerikanischen Patentschrift Nr. 3 470 347 ist eine derartige Düse bekannt. Dabei ist um eine Spritzstrahldüse ein ringförmiger Schutzgaszuführungskanal angeordnet. Dieser Schutzgaszuführungskanal ist in Richtung des Spritzstrahles offen, und der Schutzgasstrom soll den im Zentrum liegenden Spritzstrahl ringförmig umschliessen. Eine weitere derartige Vorrichtung ist aus der Deutschen Offenlegungsschrift Nr. 2 818 303 bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist der Schutzgaszuführungskanal ebenfalls ringförmig und konzentrisch um die Spritzstrahldüse angeordnet. Die Ausströmrichtung des Schutzgases ist jedoch gegen die Fliessrichtung des Spritzstrahles gerichtet, was zu schwer kontrollierbaren Strömungsverhältnissen zwischen Schutzgas und Spritzstrahl führt.
  • Bei den beschriebenen und weiteren Vorrichtungen zum Plasmaspritzen treten immer wieder Schwierigkeiten auf, da der aus der Düse austretende Spritzstrahl durch verschiedene Einflüsse gestört wird. Es besteht die Gefahr, dass durch Verwirbelung Umgebungsluft in den Spritzstrahl eindringt, und als Folge davon, Teile des Beschichtungsmaterials oxydieren. Dies führt zu einer ungenügenden Qualität der Beschichtung. Unkontrollierte Strömungsverhältnisse zwischen dem Schutzgasmantel und dem Spritzstrahl führen zu Beeinflussungen der Form des Spritzstrahles und können die sich im Aussenbereich des Spritzstrahles befindlichen Beschichtungsmaterialteile soweit abkühlen, dass sie ebenfalls zu einer beträchtlichen Beeinflussung der Qualität der Beschichtung führen. Da die Beschichtungsmaterialien heute auch in pulverförmiger Form in hoher Reinheit und in der gewünschten Zusammensetzung verfügbar sind, führen die beschriebenen Störeinflüsse, auch wenn sie nur in geringem Masse auftreten, zu unerwünschten Qualitätseinbussen der Beschichtungen.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Schutzgasmantels um einen Spritzstrahl zu schaffen, welche die Verwirbelung an der Oberfläche des Spritzstrahles verhindert und die Umgebungsluft zwischen der Spritzdüse und dem zu beschichtenden Werkstück vollständig vom Spritzstrahl fernhält. Im weiteren soll die unzulässige Abkühlung der Aussenbereiche des Spritzstrahles verhindert, und es sollen kontrollierte Strömungsverhältnisse zwischen Schutzgasmantel und Spritzstrahl geschaffen werden.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass an den Gaszuführungskanal eine Schutzgasdüse mit einem Kernhohlraum angeschlossen ist und der Durchmesser und die Länge des Kernhohlraumes der Schutzgasdüse je mindestens zweimal so gross ist wie der Austrittsdurchmesser der Spritzdüse, dieser Kernhohlraum an dem in Strömungsrichtung des Plasmastrahles vorderen Ende über die volle Querschnittsfläche des Schutzgas- und Plasmastrahles offen ist, der Kernhohlraum und damit die Schutzgasdüse an dem in Strömungsrichtung des Plasmastrahles hinteren Ende eine ringförmige und zur Längsachse rotationssymmetrische, mindestens teilweise gekrümmte oder schräge Abschlussfläche aufweist, der Gaszuführungskanal in Strömungsrichtung des Plasmastrahles am hinteren Ende der Schutzgasdüse angeordnet ist, die ringförmige Abschlussfläche der Schutzgasdüse einerseits mit dem Austrittskantenbereich der Spritzdüse verbunden ist und anderseits die hintere Wandung des konzentrisch um die Schutzgasdüse verlaufenden ringförmigen Gaszuführungskanales bildet und die Abschlussfläche mit der gegenüberliegenden Wandung des Gaszuführungskanales einen Düsenkanal bildet, welcher in einer durch die Mittelachse verlaufenden Schnittebene eine zur Mittelachse hin divergierende Querschnittsfläche aufweist.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Abschlussfläche der Schutzgasdüse und den Gaszuführungskanal gebildete Düsenkanal in Strömungsrichtung des Schutzgases zuerst radial und etwa rechtwinklig zur Längsachse der Schutzgasdüse verläuft, und anschliessend kontinuierlich oder in Stufen in die Strömungsrichtung des Plasmastrahles umgelenkt ist.
  • Im weiteren besteht eine bevorzugte Ausführungsform darin, dass die Abschlussfläche der Schutzgasdüse im Bereiche der Austrittskante der Spritzdüse zur Längsachse der Düse einen Winkel von 0 bis 60° aufweist, und dieser Winkel in diesem Bereiche entgegen der Strömungsrichtung des Plasmastrahles geneigt ist. Eine weitere Verbesserung der Vorrichtung lässt sich dadurch erreichen, dass am Düsenkanal die Querschnitte senkrecht zur Strömungsrichtung des Schutzgases unabhängig vom radialen Abstand zur Düsenachse gleich gross sind. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vor dem Gaszuführungskanal ein ringförmiger Expansionskanal angeordnet.
  • Nach der Erfindung ist bei einer in bekannter Weise ausgeführten Spritzdüse oder Spritzpistole konzentrisch um die Spritzstrahldüse, bzw. den Plasmastrahl, die Schutzgasdüse angeordnet mit einem Kernhohlraum, wobei dieser Kernhohlraum im Verhältnis zum Austrittsdurchmesser der Spritzstrahldüse bestimmte Minimalabmessungen und eine speziell geformte hintere Abschlussfläche aufweist. Das Schutzgas wird vorerst in einen ringförmigen Expansionskanal eingeführt und strömt über einen ebenfalls ringförmigen Gaszuführungskanal in den Düsenkanal. Dieser Düsenkanal ist vorerst radial und etwa rechtwinklig zur zentralen Längsachse der Schutzgasdüse gerichtet. In Strömungsrichtung des Schutzgases, d.h. vom Expansionskanal in Richtung der Spritzstrahldüse, wird der Düsenkanal dann kontinuierlich oder in Stufen in die Strömungsrichtung des Spritzstrahles, bzw. Plasmastrahles umgelenkt. Durch diese Umlenkung des Ranales wird das Schutzgas in die gleiche Richtung gelenkt wie der Spritzstrahl. Durch die Umlenkung werden die Schutzgasschichten des Schutzgasmantels, welche zuletzt gegen den Spritzstrahl gerichtet sind, sehr stark beschleunigt und verwirbelungsfrei an die Aussenbereiche des Spritzstrahles angelegt. Während der Zuströmung des Schutzgases von aussen nach innen zum Spritzstrahl wird das Schutzgas erwärmt, wobei die Temperatur des Schutzgases durch bekannte Kühleinrichtungen regulierbar ist. Als Schutzgase können alle bekannten Gase verwendet werden, wobei sich deren Auswahl ebenfalls in bekannter Weise nach dem verwendeten Beschichtungsmaterial und den beim Plasmaspritzen bekannten Zusatzkriterien richtet.
  • Die Vorteile der erfindungsgemässen Vorrichtung liegen darin, dass durch die erfindungsgemässe Ausgestaltung der Schutzgasmantel keine störenden Einwirkungen auf den Spritzstrahl hat, insbesondere dessen Aussenbereiche nicht aufwirbelt und abkühlt. Durch die Verwirbelungsfreiheit wird auch der.Schutzgasstrom weniger aufgewärmt, und er kann verstärkt zur Kühlung der Beschichtungsoberfläche eingesetzt werden. Dies ermöglicht oft eine Reduktion der Schutzgasmenge, was zu Einsparungen führt. Im weiteren verhindert die gleichmässige und kontrollierte Strömung des Schutzgasmantels den Zutritt von Umgebungsluft zum Spritzstrahl, wodurch sehr hohe Qualitäten der Beschichtung erreicht werden.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Schnitt durch den vorderen Teil einer erfindungsgemässen Plasma-Spritzpistole mit Schutzgasdüse in schematischer Darstellung und
    • Fig. 2 eine Schutzgasdüse mit einer schrägen Abschlussfläche als Teilschnitt.
  • Der in Figur 1 dargestellte vordere Teil 1 einer Plasmaspritzpistole ist an eine Plasmaspritzpistole oder Plasmaspritzeinrichtung der bekannten Art angebaut. Die bekannten Einrichtungen zur Bildung des Plasmastrahles 2, welcher aus einem Trägergas und dem geschmolzenen Beschichtungsmaterial besteht sowie die Zuführungen für das Beschichtungsmaterial sind nicht dargestellt. Um eine Spritzstrahldüse 5 ist eine Schutzgasdüse 6 konzentrisch angeordnet, wobei sich die Schutzgasdüse 6 in Strömungsrichtung 25 des Plasmastrahles 2 über den Austrittskantenbereich 11 der Spritzstrahldüse 5 hinaus erstreckt. Die Schutzgasdüse 6 besteht im wesentlichen aus einem Kernhohlraum 26, durch welchen der Plasmastrahl 2 und der diesen umgebenden Schutzgasstrom fliesst, einem ringförmigen Expansionskanal 19, einem Gaszuführungskanal 10 für das Schutzgas und einer Abschlussfläche 9, welche eine Wandung des Düsenkanales 14 bildet. Im dargestellten Beispiel ist der Durchmesser des Kernhohlraumes 26, welcher die Weite des Strömungskanales in der Düse 6 bestimmt, ca. um den Faktor 2,5 mal grösser als der Austrittsdurchmesser der Spritzstrahldüse 5 im Austrittskantenbereich 11. Die Länge der Schutzgasdüse 6 wird vom hintersten Punkt der Abschlussfläche 9 bis zur Austrittskante des Kernhohlraumes 26 am vorderen Ende 7 gemessen und ist im dargestellten Beispiel um ca. den Faktor 5 grösser als der Austrittsdurchmesser der Spritzstrahldüse 5. Die Abschlussfläche 9 ist eine rotationssymmetrische, in der Richtung des hinteren Endes 8 der Schutzgasdüse 6 gekrümmte Ringfläche. Die Abschlussfläche 9 schliesst einerseits an den Austrittskantenbereich 11 der Spritzstrahldüse 5 an und ist anderseits in ihrem Aussenbereich an die hintere Wandung 12 des Gaszuführungskanales 10 angeschlossen. Mit der gegenüberliegenden Wandung 13 des Gaszuführungskanales 10 bilden die Wandung 12 und die Abschlussfläche 9 die Begrenzungsflächen für den Düsenkanal 14. Wird durch die Achse 15 eine Schnittfläche gelegt, so weist die Querschnittsfläche des Düsenkanales 14, welche in dieser Schnittfläche liegt, einen vom Anfangsbereich 16 zum Endbereich 17 hin divergierenden Querschnitt auf.
  • Das im dargestellten Beispiel verwendete Schutzgas Argon wird der Schutzgasdüse 6 über eine Zuleitung 20 zugeführt. Diese Zuleitung 20 mündet in einen ringförmigen Expansionskanal 19, welcher konzentrisch um die Achse 15 angeordnet ist. In diesem Expansionskanal 19 wird das Schutzgas gleichmässig über den gesamten Umfang verteilt und strömt dann durch den ebenfalls ringförmigen Gaszuführungskanal 10 in den Düsenkanal 14 und von hier parallel zum Plasmastrahl 2 durch den Kernhohlraum 26 gegen das Werkstück 3. Die Anordnung des Gaszuführungskanales 10 zwingt den Schutzgasstrom, vorerst radial gegen die Achse 15, bzw. den Plasmastrahl 2 zu strömen. Im weiteren Verlauf der Strömung wird der Schutzgasstrom in Richtung der Strömung 25 des Plasmastrahles 2 umgelenkt, wobei im ganzen Bereich der Abschlussfläche 9 eine radial gegen die Achse 15 wirkende Komponente erhalten bleibt. Durch diese Führung des Schutzgasstromes erfahren die äusseren Schichten des Schutzgasstromes entlang der Abschlussfläche 9 eine erhebliche Beschleunigung. Durch die gleichzeitige Erwärmung des Schutzgasstromes dehnt sich das Schutzgas aus, und der Schutzgasstrom wird zusätzlich beschleunigt. Als Resultat dieser speziellen Strömungsführung legt sich der Schutzgasstrom praktisch turbulenzfrei an die Aussenbereiche des Plasmastrahles 2 an, und die Aufwirbelung dieser Aussenbereiche wird verhindert. Da bei dieser Anordnung im Strömungskanal 26 und im nachfolgenden Bereich zwischen dem vorderen Ende 7 der Schutzgasdüse 6 und dem Werkstück 3 keine Vermischung zwischen dem Schutzgasmantelstrom und dem Plasmaspritzstrahl 2 stattfindet, kann auch keine Umgebungsluft, welche eventuell in den Schutzgasmantelstrom eindringt an die Aussenbereiche des Plasmastrahles 2 gelangen. Dadurch lässt sich eine ausserordentlich hohe Qualität der Beschichtung 4 auf dem Werkstück 3 erreichen, welche nicht von der Umgebungsluft beeinflusst wird und keine schädlichen Bestandteile aufweist.
  • In der Spritzstrahldüse 5 sind Kühlkanäle 23, 24 angeordnet, welche die Spritzstrahldüse 5 vor übermässiger Erhitzung schützen. Das Kühlmittel wird diesen Kühlkanälen 23, 24 über die Zuleitung 21 und den Kühlmittelkanal 22 zugeführt. Mittels geeigneter Kühlmittelführung im Kanal 23 und durch Veränderung der Gasmenge lässt sich die Temperatur des Schutzgases im Düsenkanal 14 verändern. Abhängig von der gewünschten Form des Plasmastrahles 2 wird der Abschlussfläche 9 im Bereiche der Austrittskante 11 an der Spritzstrahldüse 5 ein bestimmter Winkel 18 gegeben. Im dargestellten Beispiel beträgt dieser Winkel 18 ca. 20°. Im Düsenkanal 14 lassen sich in Strömungsrichtung des Schutzgases ringförmige Querschnittsflächen abbilden, welche jeweils rechtwinklig zur Strömungsrichtung stehen. Diese Vielzahl von Querschnittsflächen weist unabhängig vom radialen Abstand zur Achse 15 eine gleich grosse Ringfläche auf. Ausgehend von dieser Vorgabe ergibt sich im dargestellten Beispiel auch die gleichmässige trichterförmige Form des Düsenkanales 14.
  • Figur 2 zeigt eine vereinfachte Ausgestaltung der Abschlussfläche 30 und des Gaszuführungskanales 31. Die Zuleitung für das Schutzgas sowie die Kühlmittelkanäle sind gleich ausgebildet wie zu Figur 1 dargestellt und beschrieben, sind jedoch in Figur 2 zur Vereinfachung nicht dargestellt. Das über die nicht dargestellten Zuleitungen zugeführte Schutzgas wird wiederum in einem Expansionskanal 32 um den ganzen Umfang der Schutzgasdüse 6 verteilt und strömt dann über den ringförmigen Gaszuführungskanal 31 in den Düsenkanal 14. Die Abschlussfläche 30 ist geradlinig an den Austrittskantenbereich 11 der Spritzstrahldüse 5 angeschlossen und bildet in diesem Bereich die Mantelfläche 33 eines Kegelstumpfes. Im weiteren Verlauf ist die Abschlussfläche 30 wieder gleichmässig gekrümmt und an die hintere Wandung 34 des Gaszuführungskanales 31 angeschlossen. Die Abschlussfläche 30 und die gegenüberliegende Wand 35 bilden die Begrenzungsflächen für den Düsenkanal 14. Auch bei dieser Ausführungsform wird das Schutzgas vorerst durch den Gaszuführungskanal 31 radial in Richtung der Mittelachse 15 geführt und dann kontinuierlich in die Strömungsrichtung des Plasmastrahles 2 umgelenkt. Diese Umlenkung bewirkt auch hier den bereits zu Figur 1 beschriebenen Effekt der Beschleunigung des Schutzgasstromes und des turbulenzfreien Anliegens des Schutzgasmantelstromes an die Aussenbereiche des plasmastrahles 2 im Bereiche des Kernhohlraumes 26. Die Wahl der Form der Abschlussfläche 30 sowie des Querschnittsverlaufes im Düsenkanal 14 ist im weiten Bereiche an die parameter des Plasmastrahles 2, wie Strömungsgeschwindigkeit, Temperatur, Zusammensetzung, etc., anpassbar.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Erzeugen eines Schutzgasmantels beim Plasmaspritzen von Beschichtungsmaterialien mit einer Einrichtung zur Erzeugung des Plasmastrahles, Zuführungen für das Beschichtungsmaterial, einer Spritzstrahldüse und einem konzentrisch um die Spritzstrahldüse angeordneten Gaszuführungskanal für Schutzgas, dadurch gekennzeichnet, dass an den Gaszuführungskanal (10, 31) eine Schutzgasdüse (6) mit einem Kernhohlraum (26) angeschlossen ist und der Durchmesser und die Länge des Kernhohlraumes (26) der Schutzgasdüse (6) je mindestens zweimal so gross ist wie der Austrittsdurchmesser der Spritzstrahldüse (5), dieser Kernhohlraum (26) an dem in Strömungsrichtung (25) des Plasmastrahles (2) vorderen Ende (7) über die volle Querschnittsfläche des Schutzgas-/Plasmastrahles offen ist, der Kernhohlraum (26) und damit die Schutzgasdüse (6) an dem in Strömungsrichtung des Plasmastrahles (2) hinteren Ende (8) eine ringförmige und zur Längsachse (15) rotationssymmetrische, mindestens teilweise gekrümmte oder schräge Abschlussfläche (9, 30) aufweist, der Gaszuführungskanal (10, 31) in Strömungsrichtung des Plasmastrahles (2) am hinteren Ende (8) der Schutzgasdüse (6) angeordnet ist, die ringförmige Abschlussfläche (9, 30) der Schutzgasdüse (6) einerseits mit dem Austrittskantenbereich (11) der Spritzstrahldüse (5) verbunden ist und anderseits die hintere Wandung (12, 34) des konzentrisch um die Schutzgasdüse (6) verlaufenden ringförmigen Gaszuführungskanales (10, 31) bildet und die Abschlussfläche (9, 30) mit der gegenüberliegenden Wandung (13, 35) des Gaszuführungskanales (10, 31) einen Düsenkanal (14) bildet, welcher in einer durch die Mittelachse (15) verlaufenden Schnittebene eine zur Mittelachse (15) hin divergierende Querschnittsfläche aufweist.
2. Vorrichtung zum Plasmaspritzen nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Abschlussfläche (9, 30) der Schutzgasdüse (6) und den Gaszuführungskanal (10, 31) gebildete Düsenkanal (14) in Strömungsrichtung des Schutzgases zuerst radial und etwa rechtwinklig zur Längsachse (15) der Schutzgasdüse (6) verläuft, und anschliessend kontinuierlich oder in Stufen in die Strömungsrichtung (25) des Plasmastrahles (2) umgelenkt ist.
3. Vorrichtung zum Plasmaspritzen nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussfläche (9, 30) der Schutzgasdüse (6) im Bereiche der Austrittskante (11) der Spritzstrahldüse (5) zur Längsachse (15) der Düse (5) einen Winkel (18) von 0 bis 60° aufweist, und dieser Winkel (18) in diesem Bereich entgegen der Strömungsrichtung (25) des Plasmastrahles (2) geöffnet ist.
4. Vorrichtung zum Plasmaspritzen nach mindestens einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Düsenkanal (14) die Querschnitte senkrecht zur Strömungsrichtung des Schutzgases, unabhängig vom radialen Abstand zur Düsenachse (15) gleich gross sind.
5. Vorrichtung zum Plasmaspritzen nach mindestens einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Gaszuführungskanal (10, 31) ein ringförmiger Expansionskanal (19, 32) angeordnet ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104202900A (zh) * 2012-08-19 2014-12-10 周开根 一种加热分解用途的内电弧等离子体喷枪

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5486383A (en) * 1994-08-08 1996-01-23 Praxair Technology, Inc. Laminar flow shielding of fluid jet
US5662266A (en) * 1995-01-04 1997-09-02 Zurecki; Zbigniew Process and apparatus for shrouding a turbulent gas jet
US5932293A (en) * 1996-03-29 1999-08-03 Metalspray U.S.A., Inc. Thermal spray systems
JP2003129212A (ja) * 2001-10-15 2003-05-08 Fujimi Inc 溶射方法
CN113996166B (zh) * 2021-10-22 2023-10-24 浙江宜可欧环保科技有限公司 对热烟气进行脱酸的方法和装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3526362A (en) * 1968-01-16 1970-09-01 Union Carbide Corp Method for shielding a gas effluent
US3470347A (en) * 1968-01-16 1969-09-30 Union Carbide Corp Method for shielding a gas effluent
US4097872A (en) * 1976-12-20 1978-06-27 International Business Machines Corporation Axial droplet aspirator
US4121082A (en) * 1977-04-27 1978-10-17 Metco, Inc. Method and apparatus for shielding the effluent from plasma spray gun assemblies
EP0163776A3 (de) * 1984-01-18 1986-12-30 James A. Browning Hochkonzentrierte Überschallflammenspritzmethode und Vorrichtung mit Materialzufuhr
US4634611A (en) * 1985-05-31 1987-01-06 Cabot Corporation Flame spray method and apparatus
US4869936A (en) * 1987-12-28 1989-09-26 Amoco Corporation Apparatus and process for producing high density thermal spray coatings
US4836447A (en) * 1988-01-15 1989-06-06 Browning James A Duct-stabilized flame-spray method and apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104202900A (zh) * 2012-08-19 2014-12-10 周开根 一种加热分解用途的内电弧等离子体喷枪

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