EP1692922B1

EP1692922B1 - Plasmaspritzvorrichtung

Info

Publication number: EP1692922B1
Application number: EP04761956A
Authority: EP
Inventors: Silvano Keller
Original assignee: AMT AG
Current assignee: AMT AG
Priority date: 2003-12-09
Filing date: 2004-10-08
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2024-10-08
Also published as: EP1692922A1; JP2007514283A; ATE360975T1; DE502004003646D1; WO2005057994A1

Description

Die Erfindung betrifft eine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgebildete Plasmaspritzvorrichtung.
Bekanntermassen unterliegen bei gattungsgemässen Plasmaspritzvorrichtungen gewisse Teile des Brennerkopfs, beispielsweise die Elektrode und die Brennerdüse, einem hohen Verschleiss. Um diese abgenutzten Teile einfach und bequem ersetzen zu können, finden vermehrt Plasmaspritzvorrichtungen mit auswechselbaren Brennerköpfen Verwendung. Eine Problematik auswechselbarer Brennerköpfe besteht darin, dass die zum Zuführen der Betriebsmittel, insbesondere der Kühlflüssigkeit, vorgesehenen Leitungen an der Schnittstelle zwischen Brennerschaft und Brennerkopf dicht miteinander verbunden werden müssen, was bei den bis anhin zumeist eingesetzten Steckverbindungen oft Schwierigkeiten bereitet. Ausserdem besteht die Gefahr, dass die zum Übertragen der elektrischen Energie vorgesehenen Leitungen an der Kupplungsstelle durch das Entstehen von parasitären Lichtbögen schnell verschleissen, zumal zum Erzeugen des Lichtbogens in der Regel Ströme von mehreren hundert Ampere übertragen werden müssen.
Eine Plasmaspritzvorrichtung mit einem auswechselbaren Brennerkopf, der mittels Steckverbindungen mit dem Brennerschaft verbunden ist, ist beispielsweise aus der EP 585 203 bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgebildete Plasmaspritzvorrichtung vorzuschlagen, bei der die Leitungen zwischen dem Brennerschaft und dem Brennerkopf sicher und zuverlässig verbunden werden können, wobei insbesondere bei den das Kühlmedium aufnehmenden Leitungen eine dichte Verbindung gewährleistet werden soll, während bei den für die Übertragung der elektrischen Energie vorgesehenen Leitungen ein möglichst geringer Übergangswiderstand im Vordergrund steht, und wobei insbesondere auch die Anzahl der Leitungen optimiert werden soll.
Diese Aufgabe wird durch eine Plasmaspritzvorrichtung gelöst, welche mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen versehen ist.
Der grundsätzliche Erfindungsgedanke besteht darin, rohrförmige Leitungen zwischen dem Brennerschaft und dem Brennerkopf vorzusehen, mittels welchen sowohl das zum Kühlen des Brennerkopfs notwendige Kühlmedium wie auch die zum Erzeugen eines Lichtbogens notwendige elektrische Energie übertragen werden kann, wobei die genannten rohrförmigen Leitungen mit je einer mechanisch auftrennbaren Schnittstelle versehen sind, die eine form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen der jeweiligen Leitung des Brennerschafts und dem korrespondierenden Leitungsabschnitt des Brennerkopfs gewährleistet. Durch eine mechanisch auftrennbare Schnittstelle, die eine form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen den jeweiligen Leitungen sicherstellt, kann zum einen eine hydraulisch dichte Verbindung zwischen den Leitungen sichergestellt werden. Zum anderen wird dadurch eine Schnittstelle mit geringem elektrischen Übergangswiderstand geschaffen, die auch bei erschwerten Bedingungen, wie beispielsweise oxydierten oder verschmutzten Kontaktstellen, eine sichere, dauerhafte und zuverlässige Stromübertragung sicherstellt. Indem rohrförmige Leitungen vorgesehen werden, welche zum einen das Kühlmedium aufnehmen und zum anderen die elektrische Energie übertragen, kann zudem sowohl der Platzbedarf wie auch die Anzahl der Leitungen reduziert bzw. optimiert werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Plasmaspritzvorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 10 umschrieben.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. In diesen Zeichnungen zeigt:

Fig. 1: einen Längsschnitt durch den Brennerkopf;
Fig. 2: eine Draufsicht auf den Anodenkörper des Brennerkopfs;

Die Figur 1 zeigt in teilweise schematischer Darstellung den vorderen Teil des Brennerschafts 1 sowie den gesamten Brennerkopf 2 in einem Längsschnitt, wobei nachfolgend insbesondere auf die im Zusammenhang mit der Erfindung wesentlichen Merkmale eingegangen wird. Der Brennerschaft 1 dient dem Zuführen der für den Betrieb des Brennerkopfs 2 notwendigen Betriebsmittel. Unter dem Begriff Betriebsmittel werden im vorliegenden Fall sowohl die dem Brennerkopf zuzuführenden Medien wie Kühlflüssigkeit und Plasmagas aber auch die elektrische Energie, das Beschichtungspulver sowie ggf. Schutzgas verstanden, wobei diese Aufzählung nicht als abschliessend zu betrachten ist. Der Brennerkopf 2 besteht im wesentlichen aus einem hinteren Kathodenkörper 3, einem vorderen Anodenkörper 4 und einer dazwischengefügten Isolierscheibe 5, welche den Kathodenkörper 3 und den Anodenkörper 4 radial überragt und die beiden Körper 3, 5 gegeneinander elektrisch isoliert. In den Kathodenkörper 3 ist eine als Kathode 6 wirkende Elektrode eingelassen, während der Anodenkörper 4 mit einer als Anode 7 wirkenden Elektrode versehen ist. Die Kathode 6 ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet während die Anode 7 hohlzylindrisch ausgebildet ist und gleichzeitig die Düse bildet, aus welcher der Plasmastrahl austritt. Sowohl der Kathodenkörper 3 wie auch der Anodenkörper 4 bestehen aus einem Metall mit guter elektrischer- sowie guter Wärmeleitfähigkeit. Als Metalle hierfür kommen beispielsweise Kupfer oder Messing in Frage. Sowohl in den Kathodenkörper 3 wie auch in den Anodenkörper 4 ist je ein ringförmiger Kühlkanal 8, 9 eingelassen. Diese beiden Kühlkanale 8, 9 sind mit je einem Ein- und Auslass versehen, an welchen jeweils ein rohrförmiger Leitungsabschnitt 11, 12 angelötet ist. Der jeweilige Leitungsabschnitt 11, 12 ist endseitig mit einem im Durchmesser vergrösserten, hohlzylindrischen Abschnitt 13, 14 versehen, der als Anschlag für eine Überwurfmutter 15, 16 dient. Die rohrförmigen Leitungsabschnitte 11, 12 dienen einerseits dem Zuführen eines Kühlmediums - Kühlwasser- zum Brennerkopf. Andererseits dienen sie als elektrische Leiter, mittels welchen die zum Erzeugen des Lichtbogens notwendige elektrische Energie vom Brennerschaft 1 auf den Brennerkopf 2 übertragen wird.
Der Brennerschaft 1 ist mit einem hohlzylindrischen, dem Brennerkopf 2 zugewandten Vorderteil 1 a versehen, in welchen die zum Zuführen der Medien und Betriebsmittel vorgesehenen Leitungen münden. Namentlich sind aus der Darstellung gemäss Fig. 1 zwei von insgesamt vier rohrförmigen Leitungen 17, 18 ersichtlich, welche dem Zuführen des Kühlmediums sowie der elektrischen Energie dienen. Diese rohrförmigen Leitungen 17, 18 weisen endseitig je eine mit einem Aussengewinde versehene Hülse 19, 20 auf. Die Hülsen 19, 20 sind vorzugsweise an den entsprechenden Leitungen 17, 18 angelötet. Die jeweilige Überwurfmutter 15, 16 ist auf das Gewinde der jeweiligen Hülse 19, 20 aufgeschraubt und festgezogen, wodurch eine sichere und dichte Verbindung zwischen der jeweiligen Leitung 17, 18 des Brennerschafts 1 und dem jeweiligen Leitungsabschnitt 11, 12 des Brennerkopfs 2 besteht. Die vorzugsweise mit Abflachungen zum Ansetzen eines Schraubenschlüssels versehene Überwurfmutter 15, 16 bildet zusammen mit der jeweiligen Hülse 19, 20 eine mechanische Schnittstelle S1, S2. Sowohl der im Durchmesser vergrösserte, hohlzylindrische Abschnitt 13, 14 wie auch die mit einem Aussengewinde versehene Hülse 19, 20 sind mit planen Stirnflächen versehen, welche letztere sich aneinander anlegen. Zusätzlich weisen die hohlzylindrischen Abschnitte 13, 14 wie auch die Hülsen 19, 20 in dem an die Stirnflächen angrenzenden Bereich je einen O-Ring 21, 22, 23, 24 auf. Die vier genannten Leitungsabschnitte 11, 12 sind derart dimensioniert, dass sie zusammen mit den Schraubverbindungen ein sicheres mechanisches Befestigen des Brennerkopfs 2 am Brennerschaft 1 ermöglichen, ohne dass zusätzliche mechanische Verbindungselemente notwendig sind. Um den Brennerkopf 2 vom Brennerschaft 1 zu lösen, brauchen lediglich die Überwurfmuttern 15, 16 gelöst zu werden. Nach dem Lösen der Überwurfmuttern 15, 16 kann der Brennerkopf 2 nach links vom Brennerschaft abgezogen werden.
Nebst den vier Kühlwasserleitungen 17, 18 führen weitere Leitungen vom Brennerschaft 1 zum Brennerkopf 2. Diesbezüglich wird ein mit dem Kathodenkörper 3 verbundener Leitungsabschnitt 26 erwähnt, der radial in den Kathodenkörper 3 führt und dem Zuführen von Plasmagas dient, während über einen weiteren Leitungsabschnitt 27, der unterhalb des Anodenkörpers 4 verläuft, Spritzpulver radial in den Plasmastrahl eingebracht werden kann. Die beiden genannten Leitungsabschnitte 26, 27 werden in herkömmlicher Weise mittels einer Steckverbindung mit der entsprechenden Leitung 28, 29 des Brennerschafts 1 verbunden. Zum Verbinden der Teile des Brennerkopfs 1, namentlich des Kathodenkörpers 3, des Anodenkörpers 4 und der dazwischengefügten Isolierscheibe 5, sind drei Schrauben 30 vorgesehen, von denen jedoch nur die eine ersichtlich ist. Auf die jeweilige Schraube 30 ist endseitig eine aus einem isoliermaterial bestehende Mutter 31 aufgeschraubt. Zusätzlich ist jede Schraube 30 radial von einer isolierhülse 32 umgeben.
Aus der Fig. 2, welche eine Draufsicht auf den Anodenkörper 4 des Brennerkopfs zeigt, sind die beiden in den Anodenkörper 4 führenden Leitungsabschnitte 11, 11a zum Zuführen des Kühlmediums ersichtlich. Die am jeweiligen Leitungsabschnitt 11, 11a fixierte Überwurfmutter 15, 15a ist im Längsschnitt dargestellt. Zwischen den beiden genannten Leitungsabschnitten 11, 11a ist der radial in den Kathodenkörper 3 führende Leitungsabschnitt 26 zum Zuführen des Plasmagases ersichtlich.
Die Vorteile einer mechanisch auftrennbaren Schnittstelle S1, S2 in Form der vorgängig beschriebenen Schraubverbindung bestehen darin, dass sowohl eine sichere mechanische wie auch hydraulische Verbindung zwischen dem jeweiligen Leitungsabschnitt 11, 12 des Brennerkopfs 2 und der entsprechenden Leitung 17, 18 des Brennerschafts 1 hergestellt werden kann. Eine Schraubverbindung hat den weiteren Vorteil, dass durch sie, im Gegensatz zu einer Steckverbindung, eine Schnittstelle mit einem guten elektrischen Kontakt, mit geringem Übergangswiderstand und grosser Kontaktfläche gebildet wird. Ausserdem ist sie in Bezug auf Oxidation und Verschmutzung relativ unempfindlich, da allfälliger Schutz beim Festziehen der Überwurfmutter von den Kontaktflächen verdrängt wird. Dadurch wird insbesondere auch die Gefahr von parasitären Lichtbögen vermindert. Schliesslich garantiert eine Schraubverbindung auch eine hohe mechanische Stabilität, so dass auf zusätzliche mechanische Befestigungselemente verzichtet werden kann.
Anstelle der beschriebenen Schraubverbindung können natürlich auch andere mechanische Schnittstellen wie beispielsweise ein Bajonettverschluss vorgesehen werden.

Claims

Plasmaspritzvorrichtung mit einem Brennerschaft (1) und einem lösbar daran fixierten Brennerkopf (2), wobei eine Vielzahl von auftrennbaren Leitungen (17, 18, 28, 29) zwischen dem Brennerschaft (1) und dem Brennerkopf (2) verlaufen, welche dem Zuführen der für den Betrieb des Brennerkopfs (2) notwendigen Betriebsmittel wie Plasmagas, Beschichtungspulver, elektrische Energie sowie Kühlflüssigkeit dienen, wobei elektrisch leitende, rohrförmige Leitungen (17, 18) zum Zuführen der Kühlflüssigkeit und zum gleichzeitigen Übertragen der elektrischen Energie vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (17, 18) mit je einer mechanisch auftrennbaren Schnittstelle (S1, S2) in Form einer Schraubverbindung oder eines Bajonettverschlusses zum Herstellen einer form- und kraftschlüssigen Verbindung zwischen der jeweiligen Leitung des Brennerschafts (17, 18) und dem korrespondierenden Leitungsabschnitt (11, 12) des Brennerkopfs (2) versehen sind.
Plasmaspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige mechanische Schnittstelle (S1, S2) durch eine am einen Leitungsende angeordnete, mit einem Gewinde (35, 36) versehene Überwurfmutter (15, 16) sowie ein am anderen Leitungsende angeordnetes, mit dem Gewinde der Überwurfmutter (15, 16) korrespondierendes Aussengewinde (33, 34) gebildet wird.
Plasmaspritzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am einen Leitungsende eine Hülse (19, 20) angeordnet ist, die auf der Aussenseite mit dem genannten Aussengewinde (33, 34) versehen ist.
Plasmaspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennerkopf (2) einen Kathodenkörper (3) und einen Anodenkörper (4) aufweist, welche beiden Körper (3, 4) von je einem Kühlkanal (8, 9) durchsetzt sind, wobei jeder Kühlkanal (8, 9) mit je einem Ein- und Auslass versehen ist, in den je ein Leitungsabschnitt (11, 12) mündet, und wobei an jedem Leitungsabschnitt (11, 12) eine Überwurfmutter (15, 16) fixiert ist.
Plasmaspritzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Leitungsabschnitt (11, 12) endseitig mit einem im Durchmesser vergrösserten, hohlzylindrischen Abschnitt (13, 14) versehen ist, der als Anschlag für die Überwurfmutter (15, 16) dient.
Plasmaspritzvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kathodenkörper (3) und den Anodenkörper (4) eine Isolierscheibe (5) eingefügt ist, welche die beiden Körper (3, 4) radial überragt.
Plasmaspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennerschaft (1) mit einem hohlzylindrischen, dem Brennerkopf (2) zugewandten Vorderteil (1a) versehen ist, in welchen die zum Zuführen der notwendigen Betriebsmittel vorgesehenen Leitungen (17, 18, 28, 29) münden.
Plasmaspritzvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Leitungsabschnitte (11, 12) wie auch die wesentlichen Bestandteile der jeweiligen mechanischen Schnittstelle (S1, S2) aus einem elektrisch leitenden Metall, insbesondere aus Kupfer oder Messing gefertigt sind, wobei der jeweilige Leitungsabschnitt (11, 12) mit dem Kathodenkörper (3) bzw. dem Anodenkörper (4) verlötet ist.
Plasmaspritzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die zum Zuführen des Plasmagases und des Beschichtungspulvers vorgesehenen Leitungen (28, 29) eine Steckverbindung zwischen dem Brennerschaft (1) und dem Brennerkopf (2) vorgesehen ist.