EP0585203B1

EP0585203B1 - Plasmaspritzgerät

Info

Publication number: EP0585203B1
Application number: EP93810576A
Authority: EP
Inventors: Markus Dietiker
Original assignee: Sulzer Metco AG
Current assignee: Oerlikon Metco AG
Priority date: 1992-08-24
Filing date: 1993-08-16
Publication date: 1996-03-27
Anticipated expiration: 2013-08-16
Also published as: EP0585203A1; DE4228064A1; US5328516A; DE59302029D1; CA2104543C; JP3229082B2; CA2104543A1; ATE136191T1; TW225085B; JPH06168795A

Description

Die Erfindung betrifft ein Plasmaspritzgerät zur Beschichtung von Hohlraumwandungen gemäss dem Anspruch 1 sowie einen an das Plasmaspritzgerät angepassten Brennerkopf gemäss dem Anspruch 25.
Das Beschichten von aussenliegenden, gut zugänglichen Flächen stellt mit bekannten Plasmaspritzgeräten im allgemeinen kein Problem dar. Sollen jedoch Hohlraumwandungen (innenliegende Flächen), wie sie z.B. bei Bohrungen und Kanälen vorkommen, mit den bekannten Plasmaspritzgeräten beschichtet werden, so ist mit diversen Problemen und Schwierigkeiten zu rechnen.
Ein Hauptproblem beim Beschichten von Hohlraumwandungen stellt die Länge der zu beschichtenden Bohrung bzw. des Kanals dar. Da der Anschlussteil eines Plasmaspritzgerätes im allgemeinen wesentlich grösser als der Brennerschaft mit dem am Ende plazierten Brenner ist, kann nicht mit dem gesamten Plasmaspritzgerät in die zu beschichtende Bohrung eingefahren werden. Damit für kurze Bohrungen ein kleines handliches Gerät und für lange Bohrungen ein entsprechend langes, angepasstes Plasmaspritzgerät zur Verfügung steht, sollte somit für unterschiedliche Bohrungstiefen auch die Länge des in die Bohrung eintauchenden Teils des Plasmaspritzgerätes entsprechend angepasst werden können.
Durch den Aussendurchmesser eines Plasmaspritzgerätes, insbesondere des Brennerschafts mit dem am Ende plazierten Brennerkopf, wird der minimale Bohrungs- bzw. Kanaldurchmesser der zu beschichtenden Innenfläche (Hohlraumwandung) bestimmt. Das heisst also, je kompakter der Brenner und der Schaft eines solchen Plasmaspritzgerätes ausgebildet sind, desto kleiner kann der Durchmesser des zu beschichtenden Rohres sein.
Um eine homogene Beschichtung, insbesondere auch von verwinkelten Stellen wie z.B. Absätzen zu ermöglichen, sollte der Plasmastrahl eines solchen Plasmaspritzgerätes radial aus dem Brenner austreten.
Ein weiteres Problem stellt die Erwärmung der in das Rohr bzw. den Kanal hineinreichenden Teile des Plasmaspritzgerätes dar, da durch die Plasmaflamme Temperaturen von zehntausend Grad und mehr erzeugt werden. Diese Problematik stellt sich noch in weit grösserem Masse, wenn in einer Unterdruckatmosphäre beschichtet werden soll, da in einer Unterdruckatmosphäre nicht, wie unter atmosphärischen Bedingungen üblich, Luft oder CO₂ zu Kühlzwecken eingeblasen werden kann. Um eine Beschädigung der thermisch hochbelasteten Teile unter atmosphärischen Bedingungen sowie insbesondere auch unter vakuumähnlichen Bedingungen zu vermeiden, ist daher eine effiziente Kühlung unumgänglich.
Bei der Beschichtung von engen Rohren und dergleichen stellt sich im weiteren das Problem der Durchschlagfestigkeit bzw. der Isolation des Brenners. Da bei einem transferierten Lichtbogen, dessen kürzester Weg oft nicht mit dem gewünschten Weg zwischen der Kathode und der zu beschichtenden Fläche, beispielsweise einer Rohrwandung, identisch ist, muss darauf geachtet werden, dass der Brenner eine allseitige Isolation aufweist.
Da bei herkömmlichen Plasmabrennern zudem schon geringe, durch Beschädigung der Isolation oder durch hohen Staubniederschlag hervorgerufene Nebenschlüsse eine ungewollte Übertragung des Lichtbogens auf das Werkstück, insbesondere auch im Vakuum, begünstigen, sollte das Plasmaspritzgerät so konstruiert sein, dass die Isolation auch unter extremen Bedingungen ein ungewolltes Übertragen bzw. Durchschlagen des Lichtbogens verhindert.
Zum Beschichten von Rohren ist ein Plasmaspritzgerät bekannt, welches z.B. unter der Bezeichnung "Type 7 MST-2" von der Fa. Metco, Westbury, USA, vertrieben wird. Dieses bekannte Plasmaspritzgerät besteht im wesentlichen aus einem Anschlußstück und einer daran anschliessbaren Verlängerung, welche an ihrem Ende einen integrierten Brenner (Plasmatron) aufweist. Durch die Verlängerung erfolgt die Zufuhr von Plasmagas sowie von elektrischem Strom für den Betrieb des Brenners, währenddem die Zufuhr von Plasmapulver ausserhalb der Verlängerung über eine getrennte Leitung erfolgt.
Zum Befestigen der Verlängerung wird eine Hülse über die Verlängerung geschoben, welche mit dem Anschlußstück verschraubt wird und dadurch die Verlängerung an das Anschlußstück presst.
Die Plasmapulverleitung selber wird mittels die Verlängerung umfassenden Flanschen an dieser befestigt. Am Ende der Verlängerung muss ein separater Flansch befestigt werden, in welchen die Plasmapulverleitung eingeschraubt wird. Dieser Flansch besitzt eine Pulverführung, über welche der eigentlichen Plasmaflamme das Beschichtungsmaterial, im allgemeinen Plasmapulver, ausserhalb des eigentlichen Brennerkopfs zugeführt wird. Am anderen Ende wird die Plasmapulverleitung im Bereich des Anschlußstücks an eine Pulverzufuhrleitung angeschraubt.
Der in die Verlängerung integrierte Plasmabrenner selber ist in Bezug auf die Verlängerung achsial fluchtend angeordnet, so dass der Austritt des Plasmastrahls ebenfalls achsial erfolgt. Um den Plasmastrahl umlenken zu können, ist im weiteren eine Umlenkdüse vorgesehen, durch welche der Plasmastrahl um ca. 40-50 Grad gegenüber der Längsachse des Plasmaspritzgerätes abgelenkt wird.
Der Aufbau dieses Plasmaspritzgerätes bringt einige gravierende Nachteile mit sich:

Da jede Verlängerung einen integrierten Brenner aufweist, ist die Ersatzteilhaltung sehr teuer.
Durch den achsialen Austritt des Plasmastrahls sind verwinkelte Stellen innerhalb einer Bohrung praktisch nicht zu Beschichten. Auch durch die Ablenkdüse, welche den Plasmastrahl um ca. 40-50 Grad gegenüber der Längsachse ablenkt, können Absätze und dergleichen innerhalb einer Bohrung, insbesondere wenn diese nur von einer Seite zugänglich sind, schlecht oder nur ungenügend beschichtet werden.
Ein Austausch von einzelnen Komponenten wie beispielsweise der Anode oder Kathode durch den Benutzer ist nicht oder nur mit grossem Aufwand möglich.
Die Kühlung, insbesondere der ausserhalb der Verlängerung geführten Pulverleitung, ist schlecht.
Das Austauschen des Verlängerungsstücks ist aufwendig und zeitraubend.
Zu jedem Verlängerungsstück muss eine entsprechende, korrespondierende Plasmapulverleitung vorhanden sein, welche zudem noch separat mittels Flanschen an der Verlängerung befestigt werden muss. Zudem muss die Pulverleitung auf der einen Seite noch an eine Plasmapulverzufuhrleitung und auf der anderen Seite in den vordersten Flansch eingeschraubt werden.
Durch die aussen an der Verlängerung zur Befestigung der Pulverleitung angebrachten Befestigungsflansche können Wärmestaus der aus der Bohrung austretenden heissen Gase entstehen. Ausserdem sind diese Befestigungsflansche durch ihre exponierte Lage extrem der Verschmutzung sowie einer erhöhten Beschädigungsgefahr ausgesetzt.

Aus der EP-A- 0 079 019 ist ein Plasmabrenner bekannt, welcher aus einem Versorgungsteil, einem Versorgungszwischenstück, Schnellverschlusskupplungen sowie einem Brennerteil besteht. Der Plasmastrahl tritt in Bezug auf die Längsachse des Brennerteils axial aus. Währenddem der Versorgungsteil mittels der Schnellverschlusskupplung mit dem Versorgungszwischenstück verbunden wird, ist zur Befestigung des Brennerteils eine Schraubverbindung vorgesehen.
Aus der CH-A-647424 ist ein Plasmaspritzgerät bekannt. Das rohrförmige Verlängerungsstück ist zylindrisch ausgebildet und verbindet den Anschlussteil mit dem Brennerkopf. Der Anschlussteil ist mit einem eingeschraubten Kupplungselement versehen, an welchem das Verlängerungsstück mit dem Brennerhinterteil verbunden werden kann. Das Verlängerungsstück weist zudem eine radial angeordnete Anschlussleitung auf, welche über einen Verbindungskanal in den Innenraum des Verlängerungsstücks mündet. Diese Anschlussleitung kann zur Kühlung des Verlängerungsstück mit einer Kühlgasquelle verbunden werden. Vom Innenraum des Verlängerungsstücks führt zudem ein Verbindungskanal zum Brennerkopf.
Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, ein Plasmaspritzgerät der gattungsgemässen Art so weiter zu entwickeln, dass es physisch auf einfache Art und Weise unterschiedlichen Beschichtungsaufgaben angepasst werden kann und somit zur Beschichtung von unterschiedlichsten Hohlraumwandungen, wie sie in Rohren, Kanälen und dergleichen vor kommen, mit unterschiedlichen Bohrungstiefen eingesetzt werden kann, dass der Brennerkopf ausreichend gekühlt ist, und dass die einzelnen Baueinheiten schnell und einfach ausgetauscht werden können.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Durch den modularen Aufbau des Plasmaspritzgerätes kann jeweils ein und derselbe Brennerkopf, jedoch mit in der Länge unterschiedlichen Schäften, eingesetzt werden. Dies erlaubt praktisch eine individuelle Anpassung der Schaftlänge an die zu beschichtende Bohrung, den Kanal etc. Somit kann für eine kurze Bohrung ein kurzer Schaft und für eine tiefe Bohrung ein entsprechend langer Schaft eingesetzt werden. Dies hat den Vorteil, dass ein solches Gerät eine den Gegebenheiten entsprechende, optimale Handlichkeit aufweist. Durch den vom Brennerschaft unabhängigen Brennerkopf brauchen zudem nur verschieden lange Schäfte an Lager gehalten zu werden, um das Plasmaspritzgerät umzurüsten und somit den unterschiedlichen Beschichtungsaufgaben anzupassen. Dadurch können natürlich die Lagerhaltungskosten ganz erheblich gesenkt werden. Durch den modularen Aufbau wird ausserdem die Umrüstzeit auf ein Minimum reduziert und damit dem Benutzer die Anpassung des Plasmaspritzgerätes wesentlich erleichtert.
Eine weitere Ausführungsform sieht zudem vor, dass der Brennerschaft eine von einer Geraden abweichende Form aufweist. Auf diese Weise kann die Form des Brennerschafts dem zu beschichtenden Objekt angepasst werden, so dass beispielsweise auch bogenförmige Rohre beschichtet werden können. Auch ist es denkbar, verschiedene Brennerschäfte zum Beschichten eines komplexen Objektes einzusetzen, so dass für zu beschichtende Teilflächen des Objektes ein jeweils angepasster Brennerschaft zum Einsatz kommt.
Um eine effiziente Kühlung zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, den gesamten zur Verfügung stehenden Rohrquerschnitt des Brennerschaftes mit Kühlwasser zu beaufschlagen, denn dadurch wird der Brennerschaft ausreichend und gleichmässig gekühlt und ausserdem kann durch den geringen Widerstand eine entsprechend grosse Wassermenge zirkulieren. Somit kann ein solchermassen ausgebildetes Plasmaspritzgerät auch in einer Unterdruckatmosphäre bedenkenlos eingesetzt werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Plasmaspritzgerätes sieht vor, dass sowohl die Anodendüse wie auch die Kathodenanordnung des Brennerkopfs von aussen zugänglich sind, so dass diese Teile, im Falle eines Defekts oder bei entsprechendem Verschleiss, vom Benutzer schnell und einfach selber ausgewechselt werden können. Auch der als Klemmbacke der Anodendüse ausgebildete Pulverinjektor kann durch Lösen einer einzigen Schraube entfernt bzw. ausgetauscht werden. Da zudem verschiedene Pulverinjektoren mit verschiedenen Querschnitten zur Verfügung stehen, kann durch den Austausch des Pulverinjektors die Injektionsgeschwindigkeit des Plasmapulvers variiert werden.
Der in einer bevorzugten Ausführungsform zwischen dem Anodenkörper und dem Kathodenkörper angebrachte Isolierkörper, welcher längsseitig den Anodenkörper und den Kathodenkörper teilweise umgreifende Flansche aufweist, gewährleistet eine gute Isolation zwischen dem Anoden- und Kathodenkörper.
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform, in welcher der Brennerkopf nebst dem Isolierkörper noch eine aufsteckbare, keramische Schutzhaube aufweist, eignet sich ein solches Plasmaspritzgerät besonders für die Innenbeschichtung von engen Rohren und insbesondere auch für Beschichtungen im Vakuum.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Plasmaspritzgerätes sieht eine Reihenschaltung des Kühlwasserkreislaufes im Brennerkopf vor. Das heisst, dass die Kathodenanordnung und die Anodendüse am gleichen Kühlwasserkreislauf angeschlossen sind. Dadurch wird eine kompakte Bauform des Plasmaspritzgerätes begünstigt und ausserdem resultiert daraus eine minimierte Anzahl Durchführungen und Steckverbindungen zwischen den einzelnen Modulen. Im weiteren wird dadurch sichergestellt, dass die Anodendüse und die Kathodenanordnung von derselben Wassermenge umspült werden.
Im Anspruch 25 wird ein Brennerkopf beansprucht, der an ein erfindungsgemäss ausgebildetes Plasmaspritzgerät angepasst ist.
Im Anspruch 26 werden schliesslich bevorzugte Ausführungen des Brennerkopfs definiert.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Plasmaspritzgerätes anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig.1a und 1b: Eine schematische Darstellung des Plasmaspritzgerätes;
Fig.2a bis 2f: eine schematische Darstellung der drei Module des Plasmaspritzgerätes und deren Befestigungsart;
Fig.2g bis 2i: eine schematische Darstellung möglicher Ausführungsformen von Brennerschäften;
Fig.3a bis 3f: einen Längsschnitt durch das Plasmaspritzgerät zur Veranschaulichung der Steck- bzw. Stossverbindungen;
Fig.4, 4a und 4b: eine schematische Darstellung der drei Module des Plasmaspritzgerätes im Längsschnitt zur Veranschaulichung der Kühlung;
Fig.5a und 5b: einen Längs- und Querschnitt durch den Brennerschaft, und
Fig.6a bis 6c: einen Längs- und Querschnitt durch den Brennerkopf sowie eine Aussenansicht des Brennerkopfs.

Aus der Fig. 1a ist ein Plasmaspritzgerät im zusammengebauten, betriebsbereiten Zustand ersichtlich. Dieses Plasmaspritzgerät besteht im wesentlichen aus drei modularen Baueinheiten. Diese drei Baueinheiten sind ein Anschlusselement 1, ein Brennerschaft 2 sowie ein Brennerkopf 3. Der Brennerschaft 2 ist mittels Schrauben 6 am Anschlusselement 1 und der Brennerkopf 3 mittels Schrauben 7 am Brennerschaft 2 befestigt. Die Zufuhr der für den Betrieb des Plasmaspritzgerätes notwendigen Medien erfolgt über nicht eingezeichnete Zufuhrleitungen, welche an Anschlüssen 9 angeschraubt bzw. angesteckt werden. Die am Anschlusselement 1 angebrachten Anschlüsse 9 sind gegenüber der Längsachse des Plasmaspritzgerätes radial angeordnet. Im weiteren ist aus dieser Darstellung eine am Brennerkopf 3 angebrachte Anodendüse 11, aus welcher im Betrieb die Plasmaflamme radial gegenüber der Längsachse des Plasmaspritzgerätes austritt, sowie ein Schutzschild 5 zu sehen. In der Fig. 1b ist ausserdem eine Keramikkappe 4 dargestellt, welche am Brennerkopf 3 zu dessen thermischer wie elektrischer Isolation angebracht werden kann. Diese Keramikkappe 4 besitzt eine ovale Aussparung 8 sowie eine Bohrung 10. Die Aussparung 8 lässt die Anodendüse 11 bei aufgesetzter Keramikkappe frei. Die Bohrung 10 dient der Befestigung der Keramikkappe 4 am Brennerkopf 3, indem eine Befestigungsschraube durch die Bohrung 10 gesteckt und in ein entsprechendes Gewinde im Brennerkopf 3 eingeschraubt werden kann. Konstruktive Details sind aus diesen Figuren nicht ersichtlich, da diese nachfolgend anhand weiterer Figuren erläutert werden. Diese Darstellung soll jedoch die kompakte Bauweise des Plasmaspritzgerätes verdeutlichen.
Aus den Fig. 2a bis 2c sind die für die Befestigung der drei Baueinheiten 1, 2, 3 wesentlichen Teile bzw. Details zu sehen. Dazu sind die drei Baueinheiten 1, 2, 3 des Plasmaspritzgerätes jeweils einzeln in einer Ansicht von der Seite dargestellt. Im weiteren ist in der Fig. 2d das Anschlusselement in Richtung des Pfeiles A von hinten, in Fig. 2e der Brennerschaft 2 in Pfeilrichtung B ebenfalls von hinten und in Fig. 2f der Brennerkopf in Pfeilrichtung C von vorne dargestellt.
Das für den Anschluss von Brennermedien-Zufuhrleitungen ausgebildete Anschlusselement 1 besteht aus einem runden, um 90° abgewinkelten Grundkörper 15. Der Brennerschaft 2 ist als rohrförmige Verlängerung für die Zufuhr der Brennermedien vom Anschlusselement 1 zum Brennerkopf 3 ausgebildet. Der Brennerschaft 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel gerade ausgeführt. Weitere Ausführungsformen werden nachfolgend noch erläutert. Für die Erzeugung einer Plasmaflamme schliesslich ist der Brennerkopf 3 zuständig. Dieser Brennerkopf 3 besitzt eine zylindrische Grundform und weist in etwa den gleichen Aussendurchmesser wie der Brennerschaft 2 auf.
Im Anschlusselement 1 ist eine runde, gegen den Brennerschaft 2 gerichtete Öffnung 17 vorhanden, welche mit dem Aussendurchmesser des Brennerschafts 2 korrespondiert und der Fixierung desselben dient. Am Boden dieser Öffnung 17 ist eine Nut 18 angebracht. Für die Durchführung der zur Befestigung des Brennerschaftes 2 am Anschlusselement 1 notwendigen Schrauben 6 weist das Anschlusselement 1 drei parallel zur Längsachse 25 des Plasmaspritzgerätes konzentrisch um diese Längsachse 25 verteilte Bohrungen 19 auf. Am unteren Ende des Anschlusselements 1 sind vier Anschlüsse 20, 21, 22, 23 angebracht, Über welche die Zufuhr der zum Betrieb des Plasmaspritzgerätes notwendigen Medien sowie die Stromzufuhr erfolgt. Die Anschlüsse 20, 21 und 23 sind dabei mit Gewinden zum Befestigen der Zufuhrleitungen und der Anschluss 22 mit einer entsprechenden Steckverbindung versehen. Die von den Anschlüssen 20, 21, 22, 23 ausgehenden und durch das Anschlusselement 1 und den Brennerschaft 2 führenden Leitungen und Kanäle für die Brennermedien sind der besseren Übersichtlichkeit wegen in diesen Darstellungen nicht eingezeichnet.
Der rohrförmige Brennerschaft 2 weist am hinteren, gegen das Anschlusselement 1 gerichteten Ende eine Leiste 26 auf. Im weiteren besitzt der Brennerschaft 2 einen ihn umfassenden Bund 27. Der Abstand dieses Bundes 27 vom hinteren Ende des Brennerschafts 2 entspricht dabei der Tiefe der im Anschlusselement 1 vorhandenen Öffnung 17. Am Umfang des Bundes 27 sind drei Innengewinde 28 verteilt angeordnet.
Am anderen, dem Anschlusselement 1 abgewandten Ende besitzt der Brennerschaft 2 eine zylindrische Vertiefung 30. Am Boden dieser Vertiefung 30 ist wiederum eine Nut 31 angebracht. Von dieser Nut 31 gehen zwei Sackgewinde 32 aus. Der Brennerkopf 3 schliesslich weist einen zylindrischen Absatz 36 auf, welcher in Form und Lage mit der zylindrischen Vertiefung 30 des Brennerschafts 2 korrespondiert. Im weiteren ist am Brennerkopf 3 eine Leiste 34 angeformt, welche in Form und Lage mit der Nut 31 des Brennerschaftes 2 korrespondiert. Auf der Höhe dieser Leiste 34 führen zwei Bohrungen 33 in Längsrichtung durch den Brennerkopf 3.
Um die drei Baueinheiten 1, 2, 3 zu einem Plasmaspritzgerät zusammenzufügen, wird der Brennerkopf 3 am Brennerschaft 2 befestigt, indem die zwei Schrauben 7 durch die Bohrungen 33 des Brennerkopfs 3 geführt und in die Sackgewinde 31 eingeschraubt werden. Eine gewisse Zentrierung und Ausrichtung des Brennerkopfs 3 ergibt sich dabei einerseits durch den in die zylindrische Vertiefung 30 eingeführten Absatz 36 sowie andererseits durch die in die Nut 31 eingreifende Leiste 34. Danach wird der als Verlängerung ausgebildeten Brennerschaft 2 am Anschlusselement 1 befestigt. Dazu werden die Schrauben 6 durch die Bohrungen 19 des Anschlusselements 1 gesteckt und in die Innengewinde 28 des Bundes 27 eingeschraubt. Eine gewisse Ausrichtung und Zentrierung des Brennerschafts 2 gegenüber dem Anschlusselement 1 ergibt sich auch hier wiederum durch die in die Nut 18 eingreifende Leiste 26. Die genaue Zentrierung und Ausrichtung sowohl des Brennerkopfs 3 gegenüber dem Brennerschaft 2 wie auch des Brennerschafts 2 gegenüber dem Anschlusselement 1 ergibt sich, wie nachfolgend noch ausführlich beschrieben wird, aus in Buchsen eingreifenden Steckern. Der Zusammenbau der Baueinheiten kann natürlich auch in umgekehrter Reihenfolge erfolgen.
In den Fig. 2g bis 2i sind einige weitere mögliche Ausführungsformen von Brennerschäften dargestellt. Fig. 2g zeigt einen gekröpften Brennerschaft 102 währenddem in Fig. 2h ein gebogener Brennerschaft 202 und in Fig. 2i ein abgerundeter Brennerschaft 302 dargestellt ist. Die Befestigung der solcherart ausgestalteten Brennerschäfte 102, 202, 302 erfolgt auf dieselbe Art, wie sie anhand der Fig. 2a bis 2c beschrieben wurde. Bei dem in Fig. 2g dargestellten gekröpften Brennerschaft 102 verläuft dessen brennerseitiges Ende 105 parallel zum Anschlusselement-seitigen Ende 107. Durch die Länge und den Winkel a des abgewinkelten Teils 117 des Brennerschafts 102 kann der parallele Versatz der beiden Enden 105, 107 bestimmt werden. Der Winkel b zwischen dem Brenner-seitigen Ende 105 und dem abgewinkelten Teil 117 des Brennerschafts 102 entspricht dabei dem Winkel a. Natürlich ist es auch denkbar, dass der Winkel a ungleich dem Winkel b ausgebildet ist. Dadurch kann die Winkellage bezüglich der Längsmittelachse 113 des am Brennerseitigen Endes 105 zu befestigenden Brennerkopfs verändert werden. Ein nach der Fig. 2g ausgestalteter Brennerschaft 102 erlaubt beispielsweise einen zylindrisch ausgebildeten Körper, welcher nur über eine kleine Öffnung verfügt, innen zu beschichten. Lässt man den Brennerschaft 102 mit dem daran befestigten Brennerkopf nach dem Eintauchen in den Körper um die Längsmittelachse 25 des Plasmaspritzgerätes rotieren, so kann auf diese Art und Weise ein gegenüber der Öffnung viel grösserer innerer Hohlraum beschichtet werden.
Fig. 2h zeigt einen gegen das Brennerkopf-seitige Ende 205 hin abgewinkelten Brennerschaft 202. Bei diesem Ausführungsbeispiel lässt sich über den Winkel c zwischen der Längsmittelachse 25 des Plasmaspritzgerätes und der Längsmittelachse 213 des Brennerkopfseitigen Endes 205 des Brennerschafts 202, die Lage des am Brennerschaft 202 zu befestigenden Brennerkopfs variieren. Dieser Winkel c hat somit einen direkten Einfluss auf den Austrittswinkel des Plasmastrahls. Durch die Länge des abgewinkelten Teils 211 lässt sich zudem die Lage des Brennerkopfs bezüglich der Längsmittelachse 25 des Plasmaspritzgerätes beeinflussen.
In der Fig. 2i ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Brennerschafts 302 zu sehen, bei welchem ein Teil 311 des Brennerschafts 302 gebogen ist. Durch eine solche Ausgestaltung können selbst gekrümmte Rohre und dergleichen innenbeschichtet werden. Somit ist es möglich, durch verschiedenartig ausgestaltete Brennerschäfte 102, 202, 302 unterschiedlichste Hohlraumwandungen zu beschichten. Zum Beschichten von verschlungenen, aus verschiedenen Teilflächen bestehenden Hohlräumen, können die Brennerschäfte 102, 202, 302 ausgetauscht werden und so die einzelnen Teilflächen eines komplexen Objektes beschichtet werden. Es versteht sich von selbst, dass die Winkel a, b, c und Radien r dieser Brennerschäfte 102, 202, 302 in einem weiten Bereich variieren können, und dass auch noch andere Ausführungsformen der Brennerschäfte 102, 202, 302 denkbar sind.
Die Figuren 3a bis 3c zeigen einen Längsschnitt durch die drei Baueinheiten 1, 2, 3 zur Veranschaulichung der zwischen den Kühlwasserleitungen 40, 45, 52, 53 einerseits sowie zwischen den Kühlwasserleitungen 52, 53 und den Kühlwasserkanälen 135, 136 andererseits vorhandenen und jeweils aus einem Stecker 39, 44, 66, 67 und einer Buchse 49, 50, 58, 60 bestehenden Steckverbindungen. Die Fig. 3d bis 3f zeigen wiederum einen Längsschnitt durch die drei Baueinheiten zur Veranschaulichung der zwischen den Plasmagasleitungen 75, 76, 77 und den Plasmapulverleitungen 70, 71, 72 vorhandenen und jeweils aus einem Dichtring 84, 85; 86, 87 und einem Bund 79, 80; 81, 82 bestehenden Stossverbindungen.
In den Fig. 3b und 3e ist jeweils der Brennerschaft 2 dargestellt. Dieser besitzt an beiden Enden eine eingesetzte und aus thermisch hoch belastbarem Kunststoff bestehende Abschlusskappe 56, 57. Diese Abschlusskappen 56, 57 dienen der Befestigung der beiden Kühlwasserleitungen 52, 53 sowie der Plasmagas- und Plasmapulverleitung 76, 71 im Brennerschaft 2.
Eine Besonderheit des Plasmaspritzgerätes besteht darin, dass in den Kühlwasserleitungen 40, 45, 52, 53 bzw. den Kühlwasserkanälen 135, 136 das Kühlwasser zirkuliert, und dass im weiteren durch die aus Metall bestehenden Leitungen die elektrische Stromzufuhr zum Brennerkopf 3 erfolgt. Im Brennerschaft 2 führen von den Buchsen 49, 58 jeweils radiale Kanäle 91, 93 in das Mantelrohr 92 des Brennerschafts 2. Dadurch kann das Kühlwasser am Eingang des Brennerschafts 2 aus der Leitung 52 bzw. aus der Buchse 49 austreten und den Brennerschaft 2 durchströmen. Am Ende des Brennerschafts 2 kann das Kühlwasser dann über die radialen Kanäle 93 in die Buchse 58 einfliessen und über den Stecker 66 in den Kühlkanal 135 gelangen. Die elektrische Verbindung zwischen den beiden Buchsen 49, 58 wird durch einen stabförmigen Stromleiter 62 gewährleistet. Die genaue Funktionsweise dieses Kühlwasserkreislaufes wird nachfolgend noch anhand der Figuren 4, 4a und 4b beschrieben. Da die beiden Kühlwasserleitungen 52, 53 auf unterschiedlichem Potential liegen, dienen die beiden Abschlusskappen 56, 57 gleichzeitig auch als Isolator zwischen den Buchsen 49, 50, 58, 60. Da die Kühlwasserleitungen bzw. die Kühlwasserkanäle über den Brennerkopf zudem in Reihe geschaltet sind, ist es natürlich notwendig, dass als Kühlmedium ein elektrisch nicht- bzw. schlecht leitendes Medium wie beispielsweise hochreines Wasser zum Einsatz kommt.
Die in den Fig. 3e bis 3f dargestellten Plasmapulverleitungen 70, 71, 72 sowie die Plasmagasleitungen 75, 76, 77 sind untereinander jeweils mittels einer Stossverbindung verbindbar. Der prinzipielle Aufbau der Baueinheiten wurde bereits vorgängig erwähnt, so dass sich die nachfolgenden Figurenbeschreibungen auf die wesentlichen Details der Steck- bzw. Stossverbindungen beschränken.
Für die Verbindung der durch das Anschlusselement 1 führenden Kühlwasserleitungen 40, 45, mit den entsprechenden, durch den Brennerschaft führenden Leitungen 52, 53, sind Steckverbindungen vorgesehen. Diese Steckverbindungen bestehen jeweils aus einem metallenen Stecker 39, 44 und einer metallenen Buchse 49, 50. Die Stecker 39, 44 sind dabei so ausgebildet, dass sie an ihrem hinteren Ende einen Bund 41, 46 aufweisen. Werden nun die Stecker 39, 44 in die entsprechenden Buchsen 49, 50 gesteckt und das Anschlusselement 1 mit dem Brennerschaft 2 verschraubt, so kommt jeweils der Bund 41, 46 an die Stirnseiten 54, 55 der Buchsen 49, 50 zu liegen und es entsteht somit jeweils eine Kontaktfläche. Über diese Kontaktflächen kann nun der elektrische Strom von der einen Leitung auf die andere übertragen werden. Durch die beiden im Bereich der jeweiligen Steckverbindungen in die Nuten 18, 31 eingreifenden Leisten 26, 34 wird zudem eine gute elektrische Isolation zwischen den auf unterschiedlichem Potential liegenden Steckverbindungen gewährleistet. Zur Abdichtung der Steckverbindungen bezüglich des darin zirkulierenden Kühlwassers sind Dichtringe 42, 43 vorgesehen.
Sinngemäss auf dieselbe Art und Weise sind die wiederum aus Stekkern 66, 67 und Buchsen 58, 60 gebildeten Steckverbindungen für das Kühlwasser sowie den elektrischen Strom auch zwischen dem Brennerschaft 2 und dem Brennerkopf 3 ausgebildet. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass am Brennerkopf 3 ein aus Metall bestehender Anodenbasiskörper 63 sowie ein ebenfalls aus Metall bestehender Kathodenbasiskörper 64 vorhanden sind. Der Kathodenbasiskörper 64 ist dabei so ausgebildet, dass er die Stromzufuhr zur Kathode übernimmt, während der Anodenbasiskörper 63 die Stromzufuhr zur Anode gewährleistet. Anstelle einer separaten Leitung sind die für die Kühlung des Brennerkopfs 3 notwendigen Kanäle 135, 136 direkt in diese beiden Körper 63, 64 eingelassen. Da diese beiden Körper zudem aus Metall bestehen, ist dadurch eine gleichmässige Kühlung des Brennerkopfes 3 gewährleistet. Im weiteren erübrigt es sich, dass die beiden Stecker 66, 67 einen Bund aufweisen müssen, da nämlich beim Zusammenstecken der Buchsen 58, 60 mit den Steckern 66, 67, die an den Buchsen 58, 60 vorhandenen Stirnflächen 59, 61 mit dem Anodenbasiskörper 62 und dem Kathodenbasiskörper 64 in Berührung kommen und somit der elektrische Kontakt ebenfalls gewährleistet ist. Die in die Buchsen 49, 50, 58, 60 eingreifenden Stecker 39, 44, 66, 67 zentrieren zudem den Brennerkopf 3 gegenüber dem Brennerschaft 2 und den Brennerschaft 2 gegenüber dem Anschlusselement 1.
Als Abdichtung für das Kühlwasser sind an den Steckern 66, 67 wiederum Dichtringe 68, 69 angebracht.
Die Leitungsverbindungen zwischen den Plasmapulverleitungen 70, 71, 72 sowie zwischen den Plasmagasleitungen 75, 76, 77 sind als Stossverbindungen ausgebildet. Dazu besitzen die beiden durch den Brennerschaft 2 führenden Leitungen 71, 76 an ihren Enden jeweils einen Bund 79, 80, 81, 82, der beim Zusammenschrauben des Plasmaspritzgerätes an einen entsprechenden, die Leitung 70, 72, 75, 77 umfassenden Dichtring 84, 85, 86, 87 im Anschlusselement 1 sowie im Brennerkopf 3 zu liegen kommt und durch diesen abgedichtet wird.
Da ein solches Plasmaspritzgerät durch die Plasmaflamme eine sehr hohe Temperatur erzeugt, muss einerseits der Brennerkopf 3 und andererseits aber auch der Brennerschaft 2 gekühlt werden. Dies trifft im besonderen beim Beschichten von Rohren, Bohrungen und dergleichen zu, wo die erzeugte Wärme nur schlecht abfliessen kann. Insbesondere trifft dies auch für Beschichtungen im Vakuum zu.
Aus der Figur 4 ist der Kühlwasserkreislauf im Plasmaspritzgerät ersichtlich. Dazu sind wiederum die drei Baueinheiten 1, 2, 3 in einem auf das wesentliche reduzierten Längsschnitt dargestellt. In den Fig. 4a und 4b sind zudem zwei Details in vergrösserten Ausschnitten dargestellt. Eine Kühlung bei einem Plasmaspritzgerät ist vor allem für den Brennerkopf 3 sowie den Brennerschaft 2 notwendig.
Damit die drei Baueinheiten 1, 2, 3 des Plasmaspritzgeräts möglichst wenig Leitungen und Steckverbindungen aufweisen, wurde ein serieller Kühlkreislauf gewählt. Das heisst, dass im Brennerkopf 3 die Anodendüse 11 sowie die Kathodenanordnung 12 kühltechnisch in Reihe geschaltet sind und daher vom Kühlwasser nacheinander durchflossen werden.
Das Kühlwasser wird am Anschluss 23 über eine nicht eingezeichnete Leitung zugeführt und tritt da radial zur Längsachse des Plasmaspritzgerätes in die Kühlwasserzuleitung 40 des Anschlusselements 1 ein. Im Anschlusselement 1 selber wird das einfliessende Kühlwasser zuerst um 90° umgelenkt. Danach fliesst das Kühlwasser in die aus dem Stecker 39 sowie der Buchse 49 bestehende Steckverbindung ein. Durch die in der Buchse 49 vorhandenen, radialen Kanäle 91 kann das Kühlwasser aus der Leitung 40 austreten und in das Mantelrohr 92 des Brennerschafts 2 einfliessen. Das Wasser kann dadurch den Brennerschaft 2 im ganzen, verbleibenden Querschnitt durchströmen. Am Ende des Brennerschafts 2 fliesst das Kühlwasser wiederum über radiale Kanäle 93 in die aus dem Stecker 66 und der Buchse 58 gebildete Steckverbindung ein. Von dieser Steckverbindung fliesst das Kühlwasser schliesslich in den Kanal 135 des Brennerkopfs 3. Die in diesen Steckverbindungen notwendigen Dichtringe sind der besseren Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet. Im Brennerkopf 3 fliesst das Kühlwasser über den im Anodenbasiskörper 63 vorhandenen Kanal 135 zuerst zur Anodendüse 11 und umspült diese. Danach wird das Kühlwasser umgelenkt und durchdringt dabei einen zwischen dem Anodenbasiskörper 63 und dem Kathodenbasiskörper 64 angebrachten Isolierkörper 65, um anschliessend zur Kathodenanordnung 12 zu gelangen und diese zu umströmen. Die an der Anodendüse 11 sowie an der Kathodenfassung 13 vorhandenen Ringkanäle sind aus dieser Darstellung nicht ersichtlich und werden später bei der detaillierten Beschreibung des Brennerkopfs 3 noch genauer erläutert.
Der Rückfluss des Kühlwassers aus dem Brennerkopf 3 erfolgt durch eine im Brennerschaft 2 vorhandene Leitung 73. Diese Leitung 73 besitzt eine Ummantelung 96, welche die elektrische Isolation zwischen den beiden auf unterschiedlichem Potential liegenden Leitungen 62, 73 verbessert und dadurch allfällige Kriechströme reduziert. Von der Leitung 72 fliesst das Kühlwasser wieder in das Anschlusselement 1 ein, wo es schliesslich über den Anschluss 20 aus dem Plasmaspritzgerät austritt.
Ein solcher Kühlwasserfluss hat den Vorteil, dass durch die kühltechnische Serieschaltung der Anodendüse 11 und der Kathodenanordnung 12 nur ein einzelner Kühlwasserkreislauf notwendig ist. Bedingung für einen solchen Kühlwasserverlauf ist natürlich, dass als Kühlwasser hochreines oder ultrareines Wasser verwendet wird, so dass dieses eine entsprechend geringe elektrische Leitfähigkeit besitzt. Im weiteren wird das Mantelrohr 92 des Brennerschafts 2 im ganzen zur Verfügung stehenden Querschnitt durchströmt und somit der gesamte Brennerschaft 2 entsprechend effizient gekühlt.
Bei den Fig. 4, 4a und 4b ist zu berücksichtigen, dass, zur besseren Veranschaulichung der Kühlung, das Plasmaspritzgerät in einem Schnitt durch zwei verschiedene und in dieser Darstellung kombinierte Ebenen dargestellt ist. Ausserdem sind bei diesen Figuren die Plasmagasleitung sowie die Plasmapulverleitung, der besseren Übersichtlichkeit wegen, weggelassen worden.
In der Figur 5a ist der Brennerschaft 2 im Querschnitt zu sehen, während in der Figur 5b ein Ausschnitt des Brennerschafts 2 im Längsschnitt dargestellt ist. Im Mantelrohr 92 des Brennerschafts 2 sind die rohrförmige Kühlwasserleitung 73, der stabförmige Stromleiter 62 sowie die Plasmapulverleitung 71 und die Plasmagasleitung 76 zu sehen. Die als elektrische Isolation ausgebildete Ummantelung 96 der Kühlwasserleitung 73 ist ebenfalls eingezeichnet. Aus dieser Darstellung ist im weiteren sehr gut zu ersehen, dass das Mantelrohr 92 des Brennerschafts 2 grossflächig vom Kühlwasser durchströmt wird und dass dadurch eine effiziente Kühlung gewährleistet wird. Beide Figuren sind dabei gegenüber den vorhergehenden Darstellungen zur besseren Veranschaulichung vergrössert dargestellt.
Die Figuren 6a, 6b und 6c zeigen in einer vergrösserten Darstellung den Brennerkopf 3 im Längsschnitt, im Querschnitt sowie in einer Aussenansicht vom Brennerschaft her. Der Brennerkopf 3 dient der Erzeugung einer Plasmaflamme, mittels welcher zugeführtes Plasmapulver geschmolzen und beschleunigt wird, so dass das in Bewegung versetzte Plasmapulver dadurch auf ein zu beschichtendes Werkstück aufgetragen werden kann. Für den Betrieb des Brenners werden elektrische Energie sowie verschiedene Medien zugeführt.
Der Brennerkopf 3 weist eine zylindrische Grundform auf, welche im wesentlichen aus einem Kathodenbasiskörper 64 mit darin angebrachter Kathodenanordnung 12, einem Anodenbasiskörper 63 mit darin befestigter Anodendüse 11, sowie einem den Anodenbasiskörper 63 elektrisch vom Kathodenbasiskörper 64 trennenden Isolierkörper 65 besteht. Auf seiner dem Brennerschaft 2 zugewandten Seite ist ein den gesamten Brennerkopf 3 umfassender Absatz 36 vorhanden. Der aus Metall bestehende Anodenbasiskörper 63 besitzt im wesentlichen eine rechteckige Grundform, wobei die eine Fläche 98 abgerundet ist. Diese obere, abgerundete Fläche 98 bildet gleichzeitig einen Teil der Aussenseite des Brennerkopfs 3. Der ebenfalls aus Metall bestehende Kathodenbasiskörper 64 weist eine Form auf, die in etwa spiegelbildlich zum Anodenbasiskörper 63 ausgebildet ist und bei der der abgerundete Teil 99 einen unteren Teil der Aussenseite des Brennerkopfs 3 bildet. Der Isolierkörper 65 ist dabei zwischen der Innenfläche des Kathodenbasiskörpers 64 und der Innenfläche des Anodenbasiskörpers 63 angeordnet. Um die elektrische Isolation zwischen dem Kathodenbasiskörper 64 und dem Anodenbasiskörper 63 zu optimieren, weist der Isolierkörper 65 an seinen Längsseiten je einen zylindersegmentförmigen Flansch 74 auf, welche den Anodenbasiskörper 63 und den Kathodenbasiskörper 64 an deren geraden Teilen der Aussenseiten teilweise umgreifen. An seinem dem Brennerschaft 2 abgewandten Ende weist der Brennerkopf 3 zudem eine aus Keramik bestehende Isolierkappe 101 auf.
Der mechanische Zusammenhalt des Brennerkopfs 3 wird durch Schrauben 97 gewährleistet, welche jeweils den Kathodenbasiskörper 64 und den Anodenbasiskörper 63 mit dem Isolierkörper 65 verbinden. Um die gute Isolation zwischen dem Kathodenbasiskörper 64 und dem Anodenbasiskörper 63 nicht zu beeinträchtigen, sind die beiden Körper 63, 64 an verschiedenen Stellen mit dem Isolierkörper 65 verschraubt. Die Kathodenanordnung 12 selber besteht aus einer zylindrischen Kathodenfassung 13 mit einer von oben eingesetzten, stiftförmigen und aus Wolfram bestehenden Kathode 14. Die Kathodenfassung 13 besitzt an ihrem hinteren Ende ein Aussengewinde 103, mittels welchem sie in ein entsprechendes Gewinde 104 des Kathodenbasiskörpers 64 eingeschraubt ist. Durch diese Gewinde 103, 104 ist auch ein sicherer elektrischer Kontakt zwischen dem Kathodenbasiskörper 64 und der Kathodenanordnung 12 gewährleistet. Die Längsachse der Kathodenanordnung 12 kommt dabei quer zur Längsachse des Brennerkopfs 3 zu liegen. Die Kathodenfassung 13 wird an ihrem oberen Ende von einer keramischen Isolierscheibe 138 umfasst. Um die achsiale Lage der Kathodenanordnung 12 zu bestimmen, weist die Kathodenfassung 13 eine Schulter 106 auf, welche durch das Einschrauben mit ihrer Stirnseite definiert am Kathodenbasiskörper 64 aufliegt. Auf der Höhe der Kühlwasserbohrung 136 besitzt die Kathodenfassung 13 eine Ringnut 108, welche zusammen mit einer in den Kathodenbasiskörper 64 eingelassenen und in Form und Lage korrespondierenden Nut 109 einen Kühlringkanal 110 ergibt. Um diesen Kühlringkanal 110 abzudichten, ist jeweils ober- und unterhalb desselben ein die Kathodenfassung 13 umfassender Dichtring 112 vorgesehen. Für die Zufuhr von Plasmagas weisen die Kathodenfassung 13 und der Kathodenbasiskörper 64 jeweils eine Ringnut 114, 115 auf, welche sich zusammen, unterhalb des Kühlringkanals 110, zu einem Ringkanal 116 ergänzen. In diesen Ringkanal 116 mündet ein von der Stirnseite 132 ausgehender Plasmagaskanal 127. Von diesem Ringkanal 116 gehen schliesslich Längskanäle 118 aus, welche im peripheren Bereich der Kathodenfassung 13 der Kathode 14 entlang führen und an stirnseitigen Öffnungen in die Bohrung 120 der Anodendüse 11 münden.
Die Anodendüse 11 besitzt eine zylindrische Grundform mit einer durchgehenden Bohrung 120, wobei die Bohrung 120 am Anfang und am Ende konisch ausläuft. Die Anodendüse 11 ist von aussen in den Anodenbasiskörper 63 eingesetzt, so dass die Längsachse der Anodendüse 11 wiederum quer zur Längsachse des Brennerkopfs 3 liegt. Um die achsiale Lage der Anodendüse 11 definieren, weist sie einen als Anschlag ausgebildeten Bund 121 auf, welcher beim Einsetzen der Anodendüse 11 auf einer Stirnfläche einer Bohrung 100 im Anodenbasiskörper 63 zu liegen kommt. Über diese Stirnfläche wird gleichzeitig auch der Strom vom Anodenbasiskörper 63 auf die Anodendüse 11 übertragen. Im eingesetzten Zustand ragt dabei die Kathode 14 in die Bohrung 120 der Anodendüse 11. Die Fixierung der Anodendüse 11 im Anodenbasiskörper 63 erfolgt durch eine Klemmbacke 122, welche mittels einer nicht eingezeichneten Schraube am Anodenbasiskörper 63 angeschraubt ist. Diese Klemmbacke 122 ist dabei so ausgebildet, dass sie über eine interne Bohrung 123 einen durch den Anodenbasiskörper 63 führenden Pulverkanal 125 mit einer radial in den Innenraum der Anodendüse 11 führenden Bohrung 126 verbindet.
Wie schon bei der Kathodenfassung 13 beschrieben, besitzt die Anodendüse 11 ebenfalls eine Ringnut 128, welche zusammen mit einer in den Anodenbasiskörper 63 eingelassenen Nut 129 einen Kühlringkanal 130 ergibt. Zum Abdichten dieses Kühlringkanals 130 sind wiederum entsprechende Dichtringe 131 vorhanden.
Auf der dem Brennerschaft 2 zugewandten Stirnseite 132 ist wiederum die in eine entsprechende Nut des Brennerschafts eingreifende Leiste 34 zu sehen. Auf dieser Stirnseite 132 münden ausserdem alle Anschlüsse für Zufuhrleitungen der Brennermedien in Steck- bzw. Stossverbindungen. Für den Einlass von Kühlwasser ist der Stecker 66 vorgesehen. Von diesem Stecker 66 aus führt ein Kanal 135 für Kühlwasser in den Anodenbasiskörper 63 hinein, wo er als erstes in den um die Anodendüse 11 führenden Kühlringkanal 130 mündet. Danach führt der Kühlwasserkanal 135 weiter durch den Anodenbasiskörper 63, wird dann um 90° nach unten umgelenkt, führt durch den Isolierkörper 65 in den Kathodenbasiskörper 64, wird da wiederum um 90° umgelenkt, um schliesslich in den Kühlringkanal 110 der Kathodenfassung 13 zu münden. Ab dem Übergang vom Isolierkörper in den Kathodenbasiskörper 64 wird der Kühlwasserkanal mit 136 bezeichnet. Über den Stecker 67 schliesslich führt der Kühlwasserkanal 136 wieder aus dem Brennerkopf 3 hinaus.
Die beiden rohrförmig ausgebildeten Stecker 66, 67 sind so in den Kathodenbasiskörper 64 bzw. den Anodenbasiskörper 63 eingesetzt und mit diesen verbunden, dass ein guter elektrischer Kontakt mit diesen gewährleistet ist.
Um den Brennerkopf 3 gegen Hitzeeinwirkung möglichst gut abzuschirmen, ist schliesslich ein abgewinkeltes Hitzeschutzschild 5 vorgesehen, welches auf der Seite der Anodendüse 11, bündig mit deren Oberfläche, am Brennerkopf 3 angebracht ist.
Die Funktionsweise eines solchen Brennerkopfs 3 ist hinlänglich bekannt, weshalb hier nur auf einige Besonderheiten und Vorteile der vorgängig beschriebenen Ausbildungsart hingewiesen wird. Ein wesentlicher Vorteil eines solchermassen ausgebildeten Brennerkopfs 3 ist, dass sowohl die Anodendüse 11 wie auch die Kathodenanordnung 12 von aussen zugänglich sind und daher vom Benutzer auf einfache Art und Weise schnell ausgetauscht werden können. Durch den Quereinbau des Plasmatrons tritt der Plasmastrahl, bezogen auf die Längsachse des Brennerkopfs 3, radial aus diesem aus. Dadurch können, insbesondere beim Innenbeschichten von Rohren und dergleichen, auch allfällig vorhandene, verwinkelte Stellen gleichmässig und homogen beschichtet werden. Das durch die im peripheren Bereich der Kathodenfassung 13 der Kathode 14 entlang durch die Kanäle 118 geleitete Plasmagas kühlt die Kathodenfassung 13. Im weiteren wird durch diese Zuführung das Plasmagas vorgewärmt, was eine Verbesserung des Wirkungsgrads zur Folge hat. Der aus Metall bestehende Kathodenbasiskörper 64 wird für die Zuführung des elektrischen Stroms zur Kathode 14 benutzt. Der Stecker 67 ist dabei, wie bereits vorgängig beschrieben, sowohl als Stecker für die Verbindung der Kühlleitungen wie auch als Kontakt für den elektrischen Strom ausgebildet. Da sowohl die Kathodenfassung 13 und damit die Kathode 14 selber als auch der Stecker 67 in direktem Kontakt mit dem Kathodenbasiskörper 64 stehen, wird natürlich auch der elektrische Strom entsprechend übertragen.
Durch eine bezogen auf den Kühlwasserkreislauf serielle Schaltung der Kathodenkühlung und der Anodenkühlung kann die Anzahl der Verbindungsleitungen auf ein Minimum reduziert werden. Um die gegenüber der Kathodenanordnung 12 auf unterschiedlichem Potential liegende Anodendüse 11 über das Kühlmedium miteinander zu verbinden, wird natürlich vorausgesetzt, dass als Kühlmedium eine Kühlflüssigkeit mit einem hohen spezifischen, elektrischen Widerstand eingesetzt wird. Ideal dafür ist, wie bereits vorgängig erwähnt, hochreines oder ultrareines Wasser.
Die als Klemmbacke 122 ausgebildete Verbindung des Plasmapulverkanals 125 mit der radial in die Anodendüse 11 mündenden Pulverzufuhrleitung 126 ist austauschbar. Wenn nun verschiedene Klemmbacken 122 mit unterschiedlichen Leitungsquerschnitten zur Verfügung stehen, kann durch den Austausch dieser als Pulverinjektor ausgebildeten Klemmbacke 122 die Injektionsgeschwindigkeit des Plasmapulvers, welches der Plasmaflamme zugeführt wird, vorgewählt bzw. verändert werden.

Claims

Plasmaspritzgerät, zur Beschichtung von Hohlraumwandungen, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:
- das Plasmaspritzgerät weist ein Anschlusselement (1), einen Brennerschaft (2) und einen Brennerkopf (3) auf, welche in einer die Längsachse des Plasmaspritzgerätes bildenden Achse (25) hintereinander angeordnet sind;

- das Anschlusselement (1), der Brennerschaft (2) und der Brennerkopf (3) sind als einzeln austauschbare Module ausgebildet, die durch den Benutzer auswechselbar miteinander verbunden sind;

- sämtliche für den Betrieb des Brenners erforderlichen Leitungen und Kanäle (52, 53, 71, 76,) verlaufen durch das Innere des Brennerschafts (2) hindurch,

- der Brennerkopf ist derart ausgebildet, dass der Plasmastrahl radial austritt;

- der Brennerkopf ist mit Kühlkanälen versehen;

- der Brennerschaft (2) weist ein Mantelrohr (92) aus Metall auf, welches an beiden Enden mit Anschlussteilen (49, 50, 58, 60, 79, 80, 81, 82) ausgerüstet ist und im Innern Leiter (62, 71, 73, 76) für die Stromzu- und ableitung, für die Kühlmittel zu- und ableitung, für die Zufuhr von Plasmagas und für die Zufuhr von Beschichtungsmaterial enthält;

- die Verbindung sämtlicher Leitungen und Kanäle zwischen dem Anschlusselement (1) und dem Brennerschaft (2) einerseits und zwischen dem Brennerschaft (2) und dem Brennerkopf (3) andererseits erfolgen über Steck- und/oder Stossverbindungen (39, 49; 44, 50; 58, 66; 60, 67; 79, 84; 80, 85; 81, 86; 82, 87).
Plasmaspritzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Brennerschaft (2) für die Stromzuleitung zum Brennerkopf (3) ein stabförmiger Stromleiter (62) und für die Stromableitung vom Brennerkopf (3) ein rohrförmiger Stromleiter (73) vorgesehen sind, und dass für die Zuleitung des Kühlmittels das Mantelrohr (92) mit seinem ganzen verbleibenden Querschnitt und für die Ableitung des Kühlmittels der rohrförmige Stromleiter (73) dient.
Plasmaspritzgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der eine der beiden Stromleiter (62, 73) eine als elektrische Isolation ausgebildete Ummantelung (96) aufweist.
Plasmaspritzgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Brennerkopf (3) zugewandte Anschlussteil des Brennerschaftes (2) eine Verschlusskappe (57) und zwei darin angeordnete Buchsen (58, 60) aufweist, welche auf je einen, an einem Anodenbasiskörper (63) bzw. einem Kathodenbasiskörper (64) angeordneten Stecker (66, 67) des Brennerkopfs (3) passen, und dass die eine Buchse (58) mit dem stabförmigen Stromleiter (62) und die andere Buchse (60) mit dem rohrförmigen Stromleiter (73) verbunden ist, wobei der Hohlraum der mit dem stabförmigen Stromleiter (62) verbunde nen Buchse (58) durch radiale Kanäle (93) mit dem Innenraum des Mantelrohrs (92) verbunden ist.
Plasmaspritzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennerkopf (3) mittels zweier Schrauben (7) am Brennerschaft (2) und der Brennerschaft (2) mittels dreier Schrauben (6) am Anschlusselement (1) befestigt ist.
Plasmaspritzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Anschlusselement (1) Anschlüsse (20, 21, 22, 23) für Brennermedienzuführleitungen vorhanden sind, welche gegenüber der Längsachse (25) des Plasmaspritzgerätes radial angeordnet sind.
Plasmaspritzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennerschaft eine von einer Geraden abweichende Form, insbesondere eine zumindest teilweise abgewinkelte, gekröpfte oder bogenförmige Form aufweist.
Plasmaspritzgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennerkopf einen Anodenbasiskörper (63), welcher eine Anodendüse (11) trägt, einen Kathodenbasiskörper (64), welcher eine in die Anodendüse (11) ragende Kathode (14) trägt, und einen zwischen den Kathodenbasiskörper (64) und den Anodenbasiskörper (63) eingefügten Isolierkörper (65) aufweist, dass der Kathodenbasiskörper (64), der Anodenbasiskörper (63) und der Isolierkörper (65) entlang von parallel zur Längsachse (25) des Plasmaspritzgerätes verlaufenden Ebenen miteinander verbunden sind, wobei der Kathodenbasiskörper (64) und der Anodenbasiskörper (63) Teile der Aussenseite des Brennerkopfs (3) bilden, und dass die Kathode (14) und die Anodendüse (11) von aussen her quer zur Längsachse (25) des Plasmaspritzgerätes in den Kathodenbasiskörper (64) bzw. Anodenbasiskörper (63) eingesetzt sind.
Plasmaspritzgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierkörper (65) an seinen Längsseiten Flansche (74) aufweist, welche den Kathodenbasiskörper (64) und den Anodenbasiskörper (63) an deren Aussenseiten teilweise umgreifen.
Plasmaspritzgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Brennerkopfs (3) Verbindungskanäle (125, 127) für die Zufuhr von Plasmagas und Plasmapulver vorgesehenen sind, die ausserhalb des Isolierkörpers (65) verlaufen.
Plasmaspritzgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kathodenbasiskörper (64), der Anodenbasiskörper (63) und der Isolierkörper (65) des Brennerkopfs (3) zusammen eine im wesentlichen zylinderförmige Baueinheit bilden, deren Längsachse mit der Längsachse (25) des Plasmaspritzgerätes zusammenfällt.
Plasmaspritzgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kathodenbasiskörper (64) und der Anodenbasiskörper (63) Kühlkanäle (135, 136) für ein flüssiges Kühlmittel aufweisen, welche über einen Durchlass im Isolierkörper (65) in Reihe geschaltet sind und zu Anschlusselementen (66, 67) führen, welche an der Brennerschaftseitigen Stirnfläche (132) des Brennerkopfs (3) angeordnet sind.
Plasmaspritzgerät nach Anspruch 10 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der einen Stirnseite (132) des Brennerkopfs (3) sämtliche Anschlüsse (66, 67, 88, 89) für Verbindungskanäle (125, 127) sowie für die Kühlkanäle (135, 136) vorgesehen sind, und dass die andere, dem Brennerschaft (2) abgewandte Stirnseite (137) durch eine Isolierkappe (101) abgeschlossen ist.
Plasmaspritzgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennerkopf (3) eine die Stirnseite (137) übergreifende Kappe (101) aufweist.
Plasmaspritzgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kathodenbasiskörper (64) einerseits und der Anodenbasiskörper (63) andererseits an verschiedenen Stellen mit dem Isolierkörper (65) verschraubt sind.
Plasmaspritzgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf den Brennerkopf (3) aufsteckbare, die Anodendüse (11) freilassende Schutzhaube (4) aus keramischen Material vorgesehen ist.
Plasmaspritzgerät nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (14) stiftförmig ausgebildet ist, und dass zur Aufnahme der Kathode (14) eine zylindrische Kathodenfassung (13) vorgesehen ist, welche in den Kathodenbasiskörper (64) eingeschraubt ist und dessen Kühlmittelkanal (136) durchsetzt.
Plasmaspritzgerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kathodenbasiskörper (64) und die zylindrische Kathodenfassung (13) Ringnuten (114, 115) aufweisen, welche sich zu einem Ringkanal (116) ergänzen, in den die Zuleitung (127) für das Plasmagas mündet.
Plasmaspritzgerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass im peripheren Bereich der Kathodenfassung (13) Längskanäle (118) vorhanden sind, welche vom Ringkanal (116) ausgehend der Kathode (14) entlang führen und an stirnseitigen Öffnungen in den Innenraum (120) der Anodendüse (11) münden.
Plasmaspritzgerät nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (14) aus dotiertem Wolfram besteht.
Plasmaspritzgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anodenbasiskörper (63) eine zylindrische Bohrung aufweist, in welche die Anodendüse (11) eingesteckt ist, wobei die Anodendüse (11) durch eine am Anodenbasiskörper (63) angeschraubte, an einem Bund (121) der Anodendüse (11) angreifende Klemmbacke (122) fixiert ist.
Plasmaspritzgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodendüse (11) einen ausserhalb des Anodenbasiskörpers (63) liegenden radialen Kanal (126) aufweist, über welchen die Zufuhr des als Beschichtungsmaterials vorgesehenen Plasmapulvers in den Innenraum (120) der Anodendüse (11) erfolgt.
Plasmaspritzgerät nach den Ansprüchen 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmbacke (122) einen Verbindungskanal (123) aufweist, welcher den durch den Anodenbasiskörper (63) führenden Plasmapulverkanal (125) mit dem radialen, in die Anodendüse (11) führenden Kanal (126) verbindet.
Plasmaspritzgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Brennerkopf (3) auf der Seite der Anodendüse (11) ein abgewinkeltes Schutzschild (5) vorgesehen ist.
Brennerkopf mit sämtlichen Merkmalen des im Anspruch 8 umschriebenen Brennerkopfs, derart angepasst, dass er in einem Plasmaspritzgerät gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7 verwendbar ist.
Brennerkopf nach Anspruch 25, wobei der Brennerkopf zusätzlich mit den Merkmalen zumindest eines in einem der Ansprüche 9 bis 24 umschriebenen Brennerkopfs versehen ist.