JP6963569B2 - プラズマ溶射装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般的なプラズマ溶射装置のための、請求項１のプリアンブルに従って構成されたプラズマ溶射装置と、請求項１６に従って構成されたアノードと、請求項１８に従って構成されたニュートロードと、に関する。

プラズマ溶射装置は最新技術から知られており、プラズマ溶射装置のトーチヘッドはカソードと、カソードから離間したアノードと、互いに絶縁された多数のニュートロードを含む中間ニュートロード装置と、を有する。アノードは、通常、丸形ノズルの形態で設計される。動作中、カソードとアノードとの間にアークが発生する。この場合のアークは、インプット側の領域、即ち、トーチヘッドの内側に面する領域に存在する。この領域では、温度は非常に高く、１０’０００ケルビン以上に達し得る。従って、アノードとは別に、アノードに境を接する他の部品、特に隣接するニュートロードは、熱的に高い応力がかかり、かつ高い摩耗に曝される。

一般的なプラズマ溶射装置は、欧州特許出願公開第５００４９２（Ａ１）号（特許文献１）から公知である。そのトーチヘッドには、カソード装置と、環状アノードと、電気的に絶縁された多数のニュートロードと、が設けられている。個々のニュートロード間には間隙が存在し、絶縁材料からの環状ディスクがその間隙内に挿入される。これらのニュートロードは、狭窄部を設けたプラズマチャネルを形成する。環状ディスクの内径は、プラズマチャネルの内径に一致する。アノードおよびニュートロードを冷却するために、その外側には冷却水が流れる冷却チャネル（キャビティ）が配置される。最前のニュートロードとアノードとの間に配置されたこれらの環状ディスクの最前部は、最前のニュートロードと併せて、高い熱応力に曝露され、それ故に高い摩耗に曝されるが、これは、特に、アノードおよび最前のニュートロードの外側のみが冷却水によって冷却されるからである。

欧州特許出願公開第１８７５７８５（Ａ１）号（特許文献２）は、プラズマキャノンのためのインタフェースを開示している。これは、とりわけ、プラズマキャノン上にノズル取付部のためのホルダを含む。プラズマチャネルは、ノズル取付部と共に複数のニュートロードによって形成される。この目的のために、ノズル取付部およびニュートロードには、円筒形の穴が設けられている。ノズル取付部は、プラズマキャノン上にクランプ装置によって固定される。クランプ装置およびノズル取付部の冷却は、液体を冷却するためのチャネルが、プラズマキャノンから導かれて、最初にクランプ装置を通過し、続いてノズル取付部を通過することによって達成される。チャネルは、ノズル取付部からニュートロードの外側に沿って導かれ、プラズマキャノンに戻る。内側には、ノズルのインサートまで半径方向に到達する封止リングが、最前のニュートロードとノズルとの間に配置される。この封止リングの外側には、Ｏリングが配置される。

最後に、欧州特許出願公開第０２８９９６１（Ａ２）号（特許文献３）は、調整可能なカソードを有するアーク放電装置と呼ばれるプラズマトーチを開示している。プラズマトーチは、３つのモジュール、即ち、ピストル本体群、アノードが設けられたノズル群、およびカソード群から構成される。カソード群は、軸方向に移動可能なピストンに接続されたロッド状のカソードを含む。このピストンによって、カソードを軸方向に前進または後退させることができる。ピストル本体群は、４つのパイプ状セグメントを含む。これらのセグメントの最前部はアノードに隣接している。最前のセグメントとアノードとの間には間隙があり、この間隙には絶縁リングが配置される。

欧州特許出願公開第５００４９２（Ａ１）号明細書 欧州特許出願公開第１８７５７８５（Ａ１）号明細書 欧州特許出願公開第０２８９９６１（Ａ２）号明細書

本発明の目的は、請求項１のプリアンブルに従って構成されたプラズマ溶射装置を提案することであり、トーチヘッドの熱的に高い応力を受ける部分を、特に隣接するニュートロードと共にアノードを、同じ公称電力においてより長い耐用年数を有するように、または、同じ耐用年数に対して公称電力を増加させることができるように構成する。

この目的は、請求項１の特徴部分に記載された特徴を含むプラズマ溶射装置によって達成される。

最前のニュートロードとアノードとの間に延在する間隙が、少なくとも２つの部分にあって、この２つの部分の間に半径方向および／または軸方向の距離が存在し、かつ２つの部分のそれぞれに絶縁ディスクが配置されるという事実により、プラズマ溶射装置の熱的に最も応力がかかる領域、特に、隣接するニュートロードと共にアノードにおける摩耗点が、同じ公称電力においてより長い耐用年数を有するか、または同じ長さの耐用年数に対して公称電力を増加させることができるという基本的な必須条件が提供される。

最前のニュートロードとアノードとの間の間隙が主に直線状に延在し、１つのみの絶縁ディスクが設けられる従来のプラズマ溶射装置と比較して、本発明によって引用される特徴によって、最前のニュートロードとアノードとの間に長期間にわたり安定した電気絶縁が確保される。間隙を異なる部分に分割することによって、かつ、それぞれに絶縁ディスクが設けられた２つの部分の間に半径方向および／または軸方向の距離を設けることによって、特に第２の、または外側の絶縁ディスク、即ち、プラズマチャネルから離れて面する絶縁ディスクに対する応力は、比較的小さくなる。更に、間隙を封止するために設けられたシールがより僅かな熱応力に曝露される故に、冷却液が前記チャネルを介してプラズマチャネル内に浸透することができない故に、液密封止が改善される。

プラズマ溶射装置の好ましい実施形態は、従属クレーム２〜１５に概説されている。

好適な更なる発展形態では、前記間隙は、第１内側部分と、第２中間部分と、第３外側部分とを含み、第１部分は、半径方向および軸方向に第３部分に対してオフセットされ、第１部分および第３部分の両方に絶縁ディスクが配置される。このようなオフセットにより、第３部分を熱応力のより少ない領域に再配置することができる。更に、中間部分は断熱材として機能する。

特に好ましくは、間隙の中間部分は、内側および／または外側部分に対して角度をなして延在している。この措置により、外側部分の熱遮蔽が更に良好になる。

更に好ましい設計では、封止リングが外側部分の半径方向外側に配置される。従って、このような封止リングは、熱応力がそれほど高くない領域に配置される。

プラズマ溶射装置のこのような更に好ましい更なる発展形態では、最前のニュートロードには、アノードに面するリング状の突出部が設けられ、アノードには、最前のニュートロードに面するリング状の窪みが設けられ、前記突出部と前記窪みとの間には間隙が延在している。これらの特徴により、いくつかの部分に分割された間隙を比較的容易に実現することができる。

好ましくは、内側部分は外側部分内に半径方向に配置され、プラズマチャネルに対して半径方向に後退する内側部分に絶縁ディスクが配置される。その結果、前記絶縁ディスクは、動作中に存在するアークから幾分か離間し、外側部分は特に良好に熱遮蔽される。

好ましい更なる発展形態では、最前のニュートロードの内径は、少なくともアノードに面する端部領域において、アノードの内径よりも少なくとも１０％、特に少なくとも２０％、好ましくは少なくとも３０％大きい。この設計により、アークは最前のニュートロードにおけるほど早くは始まらないが、後でアノードに到達したときにのみ開始することを確実にする。この設計は、最前のニュートロードとアノードとの間の間隙の領域における温度を比較的低くするのにも寄与しており、最前のニュートロードでは認識可能なバーンオフを形成せず、最終的には、特に最前のニュートロードの耐用年数の向上に寄与する。

好ましい更なる発展形態では、アノードはリング状に成形され、内側には高融点インサートを備え、この高融点インサートは、プラズマチャネルの長手方向軸の方向に、最前のニュートロードとアノードとの間の間隙まで少なくともほぼ到達している。このタイプの設計では、アークが始まる地点は間隙の領域内に移動してもよい。

特に、好ましくは、最前のニュートロードには、冷却リブを形成するための溝が形成されたリング状のカラーが設けられている。このような冷却リブは、ニュートロードを冷却液によって非常に効率的に冷却することができるように大きな表面を有する。

特に、好ましくは、全てのニュートロードにリング状のカラーが設けられ、複数の冷却リブが形成されるように各カラーには複数の軸方向の溝が設けられており、このように形成された冷却リブは、冷却液が循環するチャネルまたは環状空間に連結される。この設計により、全てのニュートロードを効率的に冷却することができる。

特に好ましくは、前記溝は、カラーの円周の少なくとも５％、特に好ましくはカラーの円周の少なくとも１０％の深さを有する。このようにして形成された溝は、関連するニュートロードの良好な冷却効果の観点から有利な、特に大きな表面を有する冷却リブを形成する。

好ましい更なる発展形態で特定されるように、各溝が各ニュートロードの軸方向長さ全体にわたって実質的に延在するという事実は、対応するニュートロードに対する冷却効果が特に良好であることを保証する。

好ましくは、プラズマ溶射装置は、冷却液を受容するために、ニュートロードを完全に包囲する環状空間を有する。この種の環状空間は、ニュートロードをその全周に沿って冷却することができることを保証する。

特に好ましくは、環状空間は、冷却液がニュートロードおよびアノードの両方に沿って軸方向に流れるように配置および成形される。冷却液の軸流により、特に良好な放熱を達成することができる。

プラズマ溶射装置の更なる有利な発展形態では、カソードに面する第１ニュートロードには、プラズマチャネルの一部を形成する円錐状の先細部分が設けられる。その結果、プラズマジェットの流れに所望の方法で影響を与えることができる一種の狭窄部が形成される。

請求項１６および１７には、一般的なプラズマ溶射装置用のアノードが追加的に主張される一方、請求項１８〜２０には、一般的なプラズマ溶射装置用のニュートロードが主張される。

次に、本発明の好ましい例示的な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

プラズマ溶射装置のトーチヘッドの長手方向断面図である。 図１の拡大断面図である。 第１ニュートロードの斜視断面図である。 第２ニュートロードの斜視断面図である。 第３ニュートロードの断面図である。 第３ニュートロードの斜視断面図である。 アノードの断面図である。 第３ニュートロードの第１の代替的な実施形態の説明図である。 第３ニュートロードの第２の代替的な実施形態の説明図である。 第３ニュートロードの第３の代替的な実施形態の説明図である。

一般的なプラズマ溶射装置は公知である故、以下には、特に、本発明の文脈において不可欠な特徴および要素に焦点を当てる。

図１は、全体的に１と表示されたプラズマ溶射装置のトーチヘッド２の長手方向断面図を示す一方、図１ａは、図１の拡大断面図を示す。次に、本発明に従って構成されたプラズマ溶射装置／関連するトーチヘッド２の設計を、図１および図１ａを参照して詳細に説明する。

トーチヘッド２は、カソード３と、カソード３から離間したアノード７と、３つのニュートロード４，５，６の間に配置され、かつ３つのニュートロード４，５，６から構成されるニュートロード装置とを備える。ニュートロード４，５，６は、本質的に中空の円筒形状のアノード７と共に、プラズマチャネル１０を形成する。出口側端部では、アノード７は、粉末供給要素４４を備え、この粉末供給要素４４には半径方向に延在するチャネル４５が設けられており、このチャネル４５を介してコーティング粉末を供給することができる。アノード７は、３つのニュートロード４，５，６と共に、キャップナット４６によって固定され、キャップナット４６のクランプラグ４７は、粉末供給要素４４の領域においてアノード７を押圧する。アノード７は、同様に、ニュートロード４，５，６を軸方向に押圧し、ニュートロード４，５，６を軸方向にも固定する。

第１の、または最後部のニュートロード４は内部空間１１を含み、部分１１ａは流れ方向に前方に向けて円錐状に狭まる。この円錐形部分１１ａは、プラズマチャネル１０の一部を形成する。この円錐形部分１１ａにより、狭窄部が形成され、この狭窄部によって、プラズマジェットの流れに所望の様式で影響を与えることができる。

第１ニュートロード４は、ロッド状のカソード３を包囲している。中間ニュートロード５は本質的にリング状であり、その内部空間１２はアノード７の方向に僅かに広がっている。最後または最前のニュートロード６は、本質的に円筒形の内部空間１３を有する。最後部のニュートロード４と中間ニュートロード５との間、および、中間ニュートロード５と最前ニュートロード６との間の両方に、環状の間隙１５，２０が存在している。これらの２つの間隙１５，２０は、本質的に半径方向に直線的に外側に延在している。環状の絶縁ディスク１６，２１はそれぞれ、前記２つの間隙１５，２０内に挿入される。各絶縁ディスク１６，２１は、比較的薄く形成され、平坦であるが均等に環状である支持リング１７，２２によって外側に境界付けられている。この外側支持リング１７，２２にはそれぞれ、Ｏリング１８，２３が後に続き、以下でより詳細に説明するように、このＯリング１８，２３が冷却液のシールとして機能する。

最前のニュートロード６とアノード７との間にも間隙２６が存在している。しかしながら、この間隙２６は直線的には延在しておらず、本質的に半径方向に延在する第１内側部分２７と、本質的に軸方向に延在する第２中間部分２８と、本質的に半径方向に延在する第３外側部分２９と、から構成される。第１内側部分２７は、第３外側部分２９に対して半径方向および軸方向の両方にオフセットされている。中間部分２８は、本質的に、第１および第３部分２７，２９に対して９０°の角度で延在している。当然、例えば３０°、４５°または６０°等の任意の他の角度も可能である。

絶縁ディスク３０，３１はそれぞれ、内側部分２７および外側部分２９に受容される。２つの絶縁ディスク３０，３１は離間しており、中間部分２８の中間部分は断熱材として機能する。外側絶縁ディスク３１にもＯリング３２が後に続き、このＯリング３２は冷却液のためのシールとして機能し、それと同時に気密シールを形成する。３つの絶縁ディスク１６，２１，３０は、プラズマチャネル１０に対して僅かに後退しており、これにより絶縁ディスクの耐用年数にプラスの影響を及ぼす。第３間隙２６に配置された内側絶縁ディスク３１は、その内側がインサート８の外側に延在する程度に、２つの他の絶縁ディスク１６，２１よりも更に後退している。

本質的に中空円筒状のアノード７の内側には、例えばタングステンのような高融点を有する導電材料からなるインサート８が設けられている。

トーチヘッドの要素を冷却するのに役立つ冷却液は、前方接続フランジ４９を介してトーチヘッド２に導入される。この接続フランジ４９から、図１および図１ａに示される図では認識不能な傾斜したチャネルが、第１環状空間５０内に通じている。環状空間５０は、３つのニュートロード４，５，６の周囲に延在し、ニュートロード４，５，６を冷却する機能を有する環状空間として成形された第２の流れ空間５１に通じている。端部では、流れ空間５１は、アノード７に形成された傾斜したチャネル４０に通じており、この傾斜したチャネル４０は、アノード７の前端の領域まで延在している。傾斜したチャネル４０は、アノード７に形成された環状チャネル４１を横断し、この環状チャネル４１から、冷却液を上方に、更なる環状空間として形成された更なる戻り空間５２内に流すことができ、この戻り空間５２は、トーチヘッド内のいくつかのチャネル（図示せず）を介して後方接続フランジ５３に接続されている。この後方接続フランジ５３は、冷却液がトーチヘッドから排出される地点である。トーチにガスを供給することができる更なる中央接続フランジ５５が設けられている。

前記Ｏリング１８，２３，３２は、冷却液が流れ空間５１からそれぞれの間隙１５，２０，２６を介してプラズマチャネル１０内に流れるのを防ぐ。電気絶縁だけでなく断熱材としても、特に絶縁ディスク１６，２１，３０，３１が使用される。絶縁ディスク１６，２１，３０，３１は、窒化ケイ素のような非導電性かつ耐熱性材料から製造される。更に、絶縁ディスク１６，２１，３０，３１は、Ｖｉｔｏｎ（登録商標）のような弾性および耐熱性材料からなるＯリング１８，２３，３２を過度の熱応力から保護する。

プラズマ溶射装置が作動しているとき、電気アークがカソード３とアノード７との間に存在する。このアークは、カソード３からアノード７またはインサート８の開始領域２５に延在している。この開始領域２５では、インサート８に丸みを付けることが好ましく、これは耐用年数の長期化の観点において有利である。アークは、通常、この開始領域２５内を僅かに動き回っている。いずれにせよ、アノード７の開始領域２５、ひいては隣接する絶縁ディスク２７の周囲の領域も、プラズマ溶射装置の最も応力を受ける領域である。最前のニュートロード６とアノード７との間の間隙２６、および、この間隙２６に配置された２つの絶縁ディスク３０，３１の特定の設計により、この問題は特定の方法で説明され、また、最前の間隙２６に配置されたＯリング３２は、熱的に特に良好に遮蔽される。第３間隙２６の中間部分２８は、２つの絶縁ディスク３０，３１の間の断熱材として機能する。更に、内側絶縁ディスク３０は、アノード７／アノードインサート８の内側に対して幾分か後退しており、これは、それらの耐用年数にプラスの影響を与える。同時に、以下に詳細に説明するように、３つのニュートロード５，６，７およびアノード７は効率的に冷却される。いずれにせよ、こうしたトーチヘッド２を用いた実験は、内側絶縁ディスク３０が省略されるか、または故障あるいは焼損しても、Ｏリング３２が、数百から千時間超の期間にわたり、油圧による気密状態を保持することを示し、従って、信頼性の高い機能を保証し、冷却剤のプラズマチャネル１０への浸透を防止する。この文脈において、作動中、プラズマチャネル１０への冷却剤の浸透は、トーチヘッドの破壊と同等であることに言及すべきである。

３つのニュートロード４，５，６には（認識不能な）リング状の周方向カラーが設けられている。これらのカラーはそれぞれ、冷却リブを形成するためにカラー内に成形された複数の軸方向に延在する凹部または溝を有する。冷却液は、環状空間５０から環状空間として形成された流れ空間５１に流入し、この流れ空間５１を通じて流れる。流れ空間５１は、冷却液が、ニュートロード４，５，６に沿って、またアノード７に沿って軸方向に流れることができるように配置および設計されている。冷却液は、冷却リブを形成する役割を果たすニュートロード４，５，６の軸方向の溝を通じて軸方向にも流れる。ニュートロード４，５，６には軸方向に延在する溝が設けられている故、冷却液は、ニュートロードに沿って長手方向に循環することができ、効率的な冷却が保証される。最前のニュートロード６の後、冷却液は、傾斜して延在するアノード７の穴４０を介して、アノード７の環状チャネル４１に流入する。環状チャネル４１の後部には、傾斜して延在する穴４０が、更に前方に、アノード７の基本体に延在している。冷却液は、環状チャネル４１から、更に上方に、ニュートロード装置を包囲する戻り空間５２内に入り、続いて、冷却液はそこから後方接続フランジ５３内に上方に流れ、この後方接続フランジ５３を介して、冷却液をトーチヘッド２から排出することができる。冷却水の貫通流方向を逆転させることも可能である。更に、ニュートロード４，５，６が流れ空間５１内に挿入された際に半径方向に正確に整列するように、流れ空間５１の内径は、好ましくは、各ニュートロード４，５，６の周方向カラーの外径に適するように適合される。

図２は、第１ニュートロード４の斜視断面図を示している。入口側領域において、このニュートロード４の外側には、溝状の軸方向に斜めに延在する窪み５６が設けられており、この窪み５６を介して、ニュートロード４を包囲する環状チャネル５７に冷却液を流入させることができる。環状チャネル５７は、リング状の周方向カラー５８によって、第２ニュートロードに対向する前面に境界付けられている。このカラー５８には、複数の冷却リブ６０が形成されるように、溝５９の形状の軸方向に延在する凹部が設けられている。このようにして設計されたカラー５８は、対応する大きな冷却面を有する大きな表面を有し、第１ニュートロードの良好な冷却を可能にする。各溝５９は、好ましくは、カラー円周の少なくとも５％、特に好ましくはカラー円周の少なくとも１０％の深さを有する。第１ニュートロード４のカソードに面した内側には、プラズマチャネルの一部を形成する円錐状の先細部分が設けられている。

図３は、第２ニュートロード５の斜視断面図を示している。第２ニュートロード５は、同様に、その中に形成された溝６３を有するリング状の周方向カラー６２を含む。このようにして形成された冷却リブ６４もまた、第２ニュートロード５の良好な冷却を可能にする。この場合も、スロット６３は、好ましくは、カラー円周の少なくとも５％、特に好ましくは各カラーの円周の少なくとも１０％に一致する深さを有する。

図４ａは、第３または最前のニュートロード６の断面図を示す一方、図４ｂは、第３ニュートロード６の斜視断面図を示している。最前のニュートロード６のアノードに面した前側には、リング状の周方向突出部が設けられており、その後側には窪みが形成されている。窪み６７と共にリング状の周方向突出部６６は、外側絶縁ディスク３１（図２）が受容される第３間隙（図２）の一部を形成する。第３ニュートロード６にも、その中に形成された溝７０を有するリング状の周方向カラー６９が設けられている。更に、穴６８は、各溝７０の床からニュートロード６の基体の内部に更に延在している。これらの穴６８は、この最も熱応力を受けるニュートロード６の冷却面を拡大し、このニュートロード６の特に効率的な冷却を可能にする。動作時にアークがこの領域に非常に近い故に、突出部６６の内側は丸みを帯びた形状であることが好ましい。各溝７０もまた、カラー６９の円周の少なくとも５％、特に好ましくはカラー６９の円周の少なくとも１０％の深さを有することが好ましい。ニュートロード６のＤ２と表示された内径は、以下で更に詳細に説明するように、アノードの内径にほぼ一致している。

本実施例では、各ニュートロード４，５，６のカラーに１５個の溝が形成されているが、この数は勿論可変である。しかしながら、少なくとも８つの溝が設けられることが好ましい。当然、溝の形状およびサイズも可変であるが、勿論、ニュートロードからニュートロードまでの数は異なっていてもよい。「絶縁ディスク」という用語は、必ずしもディスク形状である必要はなく、あらゆる種類の絶縁体を表す。

最後に、図５は、アノード７の断面図を示す。アノードには、第３ニュートロード６に面するその背面に、第３ニュートロード６の突出部６６が延在することができるリング状の窪み７３が設けられている。図２から分かるように、アノード７と第３ニュートロード６との間の間隙２６の内側および中間部分２７，２８は、第３ニュートロード６の突出部と、アノード７のリング状の窪み７３との間に形成される。第３ニュートロード６上に配置される突出部６６と、アノード７のリング状の窪みとの組み合わせに基づいて、多段階の間隙が、簡単な特徴を有し、かつコスト効率の良い方法で形成され、絶縁ディスクと組み合わせることで、上述した利点を有する。この例示的な実施形態では、アノード７のインサート８の内径Ｄ１は、隣接するニュートロード６の内径Ｄ２（図４ａ）におおよそ一致する。しかしながら、図６および図７を参照して以下に説明するように、他の実施形態もまた提供される。アノード７には、軸方向に延在する延長部４３が設けられており、この延長部４３は、プラズマチャネル１０の外側に半径方向に延在している。これらの延長部４３は、コーティング粉末を供給するための粉末供給チャネル４５を含む。この実施例では、２つの粉末供給チャネル４５が描写されているが、３つまたは４つの粉末供給チャネルが設けられてもよい。あるいは、単一の粉末供給チャネルのみを設けてもよい。

図５には、環状チャネル４１に通じる２つの斜めに延在するアノード７の穴４０が示されている。全体で少なくとも１０個のこのような穴４０がアノード７に設けられている。更に、斜めに延在する穴４０は、環状チャネル４１を超えてアノード７の基体に延在し、従って、アノード７の冷却面を拡大することが分かる。

この時点で注目すべき点の１つに、３つのニュートロード４，５，６およびアノード７は、プラズマ溶射装置を一定期間使用した後に交換されるか、または交換しなければならない摩耗部品である点が挙げられる。同時に、Ｏリングおよび絶縁ディスクは、通常、交換される。

図６は、第３の、または最前のニュートロード６ａの第１の代替設計の断面図を示す。このニュートロード６ａの内部には、その内径Ｄ３がアノードに向けて増加するように、凹部７５が設けられている。この凹部により、内径Ｄ３は、隣接するアノードの内径Ｄ１（図５）よりも大きい直径Ｄ２に拡大され、従って、アノードのインサートもまた拡大される。この設計により、アークはこの最前のニュートロード６ａにおけるほど早く始動しないが、後にアノードにて始動することが保証される。この設計はまた、第３間隙２６（図１ａ）の領域の温度が比較的低く、最前のニュートロード６ａにバーンオフが生じないという事実に寄与し、これは、最終的には、特に最前のニュートロード６ａの耐用年数の長期化に寄与する。好ましくは、アノードに隣接する領域におけるこの第３ニュートロード６ａの内径は、アノードの内径よりも少なくとも１０％、特に少なくとも２０％、特に好ましくは少なくとも３０％大きい。例えば、アノードの内径を１０ミリメートルにて始動させると、アノードに隣接する領域におけるこの第３ニュートロード６ａの内径は、アノードの内径よりも少なくとも１ミリメートル、特に少なくとも２ミリメートル、特に好ましくは少なくとも３ミリメートル大きい。他の変形例では、第３ニュートロードの内径は、アノードの内径よりも全体的に大きくてもよい。

図７は、第３の、または最前のニュートロード６ｂの第２の代替設計の断面図を示す。このニュートロード６ｂの内径は、アノードに面する出口領域の内径Ｄ３が、アノード７の内径Ｄ１よりも少なくとも１０％、特に少なくとも２０％、特に好ましくは少なくとも３０％大きくなるように、正面に向けて連続的に拡大している（図５）。この設計により、ここでも、アークは最前のニュートロード６ｂにおけるほど早く始動しないが、後にアノードにて始動することが確実となる。図７に示されるように、この最前のニュートロード６ｂの内径Ｄ３は、出口側に丸みを付けて設けられる故に、拡大される。丸み付けの代わりに、面取りあるいは円錐形、または、丸み付けと組み合わせた面取りあるいは円錐形を設けることができる。

最後に、図８は、第３の、または最前のニュートロード６ｃの第３の代替設計の断面図を示す。このニュートロード６ｃの内径は、２つの円錐形部分を通じて前方に向けて拡大される。第１の円錐形部分は、鋭角を包囲する一方、第２の円錐形部分は鋭角または鈍角を包囲することが好ましい。好ましくは、第１の円錐形部分は、約２０°〜３０°の間の角度を包囲する一方、第２の円錐形部分は、約８０°〜１００°の間の角度を包囲する。第１の円錐形部分は、その出口側端部において、アノード７（図５）の内径Ｄ１よりも少なくとも１０％大きい直径Ｄ４を含む一方、第２の円錐形部分は、アノードの内径Ｄ１よりも少なくとも２０％、特に少なくとも３０％大きい。この設計もまた、アークがアノードにて始動し、最前のニュートロード６ｃにおけるほど早く始動しないことを確実にする。

結論として、本発明に従って構成されたプラズマ溶射装置を使用することにより、プラズマ溶射装置の熱的に最も応力のかかる領域における摩耗部品、特に隣接するニュートロード６と共にアノード７は、同一の電力定格における耐用年数を延長させることができ、または同一の耐用年数に対して電力定格を増加させることができる。これは、特に、最前のニュートロード６とアノード７との間の間隙２６が、少なくとも２つの部分２７，２９を含み、部分２７，２９の間に半径方向および／または軸方向の距離が存在し、各部分２７，２９に絶縁ディスク３０，３１が配置される場合に達成される。既知のプラズマ溶射装置と比較して、特に、最前のニュートロードおよびアノードの効率的な冷却を確実にする特徴と組み合わせた前記特徴により、摩耗部品の耐用年数をより長くし、または、同じ耐用年数に対して電力定格を増加させることができる。カソードに使用される材料は、好ましくは、タングステンまたはＷ／Ｃｕのようなタングステン基複合材料である。アノードに使用される材料は、好ましくは、ＴＨＯ_２（二酸化トリウム）である一方、ニュートロードは、好ましくは、銅または銅合金からなる。

ここで、本発明に従って構成されたプラズマ溶射装置の利点の一部を再度要約する。
−最前のニュートロードと隣接するアノードとの間の長期間の安定した電気絶縁
−最前のニュートロードと隣接するアノードとの間の間隙の、信頼性のある、長期間にわたり安定した水圧による封止
−ニュートロード、特に最前のニュートロードの特に効率的な冷却
−アノードの効率的な冷却
−アノードおよびニュートロードの耐用年数の長期化
−非常に安定した電気アーク
−一般のプラズマ溶射装置と比較した場合の、摩耗部品の同等の耐用年数に対するより高い出力定格の達成
−一般のプラズマ溶射装置と比較した場合の、同等の電力定格に対する摩耗部品の耐用年数の長期化
−トーチヘッドの簡単な構造化および簡単かつ迅速に交換可能な摩耗部品
−トーチヘッドの費用対効果の高い方法での製造
−供給される電気エネルギーに関連した、トーチヘッドの効率の向上

上記の実施形態は、プラズマ溶射装置／トーチヘッド２の可能なまたは好ましい設計を単に示しており、この実施形態から逸脱した設計も完璧に可能であることが理解される。従って、３つではなく、２つ、４つまたはそれ以上のニュートロードを代わりに使用することができる。ニュートロード／最前のニュートロードとアノードとの間の間隙の設計もまた、図示の実施形態から逸脱してもよい。最前のニュートロード６とアノード７との間の間隙２６は、例えば、最前のニュートロードが２つの突出部を含み、アノードには２つの対応する窪みが設けられているという点で、更なる段階を含むことができる。また、記載した最前のニュートロードとアノードとの間の間隙を、代替的に、アノードに最前のニュートロードに面するリング状の突出部を設けることによって、かつ、最前のニュートロードをアノードに面するリング状の窪みと対応するように形成することによって、形成することもできる。アノード７を粉末供給要素４４上に成形する代わりに、粉末供給要素を別個の部品として設計することができる。

Claims (20)

1. 少なくとも１つのカソード（３）とアノード（７）との間に延在するプラズマチャネル（１０）と、前記プラズマチャネル（１０）に境を接する複数のニュートロード（４，５，６）とを有するプラズマ溶射装置（１）であって、前記ニュートロード（４，５，６）は、互いに電気的に絶縁されており、前記最前のニュートロード（６）と前記アノード（７）との間に間隙（２６）が延在しており、前記間隙（２６）には絶縁ディスク（３０）が配置されており、前記最前のニュートロード（６）と前記アノード（７）との間の間隙（２６）は、少なくとも２つの部分（２７，２９）を含み、前記２つの部分（２７，２９）の間には半径方向および／または軸方向の距離が存在し、前記２つの部分（２７，２９）の各々に絶縁ディスク（３０，３１）が配置されていることを特徴とする、プラズマ溶射装置。
2. 前記間隙（２６）は、第１内側部分（２７）、第２中間部分（２８）および第３外側部分（２９）を備え、前記第１部分（２７）は、前記第３部分（２９）に対して半径方向および軸方向にオフセットされており、絶縁ディスク（３０，３１）は、それぞれ前記第１および前記第３部分（２７，２９）に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ溶射装置。
3. 前記間隙（２６）の中間部分（２８）は、前記内側および／または外側部分（２７，２９）に対して角度を成して延在していることを特徴とする、請求項１または２に記載のプラズマ溶射装置。
4. 封止リング（３２）は、最外部分（２９）の半径方向外側に配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ溶射装置。
5. 前記最前のニュートロード（６）には、前記アノード（７）に面するリング状の突出部（６６）が設けられており、また、前記アノード（７）には、前記最前のニュートロード（６）に面するリング状の窪み（７３）が設けられており、前記間隙（２６）は、前記突出部（６６）と前記窪み（７３）との間に延在することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ溶射装置。
6. 前記内側部分（２７）は、前記外側部分（２９）内に半径方向に配置され、絶縁ディスク（３０）は、前記内側部分（２７）に配置され、前記内側部分（２７）は、前記プラズマチャネル（１０）に対して半径方向に後退していることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプラズマ溶射装置。
7. 前記最前のニュートロード（６ａ，６ｂ，６ｃ）の内径（Ｄ２，Ｄ３，Ｄ５）は、少なくとも前記アノード（７）に面する端部領域において、前記アノード（７）の内径（Ｄ１）よりも少なくとも１０％、特に少なくとも２０％、好ましくは少なくとも３０％大きいことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のプラズマ溶射装置。
8. 前記アノード（７）はリング状であり、内側に高融点インサート（８）が設けられており、前記高融点インサート（８）は、前記プラズマチャネル（１０）の長手方向軸の方向に、前記最前のニュートロード（６）と前記アノード（７）との間の前記間隙（２６）まで少なくともほぼ到達していることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のプラズマ溶射装置。
9. 前記最前のニュートロード（６）には、リング状のカラー（６９）が設けられており、前記カラー（６９）には、冷却リブを形成するための溝（７０）が形成されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のプラズマ溶射装置。
10. 全てのニュートロード（４，５，６）には、リング状のカラー（５８，６２，６９）が設けられ、各カラー（５８，６２，６９）には、複数の冷却リブ（６０，６４，７１）が形成されるように、複数の軸方向の溝（５９，６３，７０）が設けられ、このように形成された冷却リブ（６０，６４，７１）は、冷却液が循環するチャネルまたは環状空間（５２）に連結されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のプラズマ溶射装置。
11. 前記各溝（５９，６３，７０）は、前記各カラー（５８，６２，６９）の円周の少なくとも５％、特に好ましくは前記各カラー（５８，６２，６９）の円周の少なくとも１０％の深さを有することを特徴とする、請求項１０に記載のプラズマ溶射装置。
12. 前記各溝（６３，７０）は、前記各ニュートロード（５，６）の軸方向長さ全体に沿って実質的に延在していることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一項に記載のプラズマ溶射装置。
13. 前記プラズマ溶射装置（１）は、冷却液を受容するために前記ニュートロード（４，５，６）を完全に包囲する環状空間（５１）を含むことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のプラズマ溶射装置。
14. 前記環状空間（５１）は、前記冷却液が前記ニュートロード（４，５，６）に沿って、かつ前記アノード（７）に沿って軸方向に流れるように配置および形成されていることを特徴とする、請求項１３に記載のプラズマ溶射装置。
15. 前記カソード（３）に面した前記第１ニュートロード（４）には、前記プラズマチャネル（１０）の一部を形成する円錐状の先細部分（１１ａ）が設けられていることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のプラズマ溶射装置。
16. 少なくとも１つのカソード（３）とアノード（７）との間に延在するプラズマチャネル（１０）と、前記プラズマチャネル（１０）に境を接する複数のニュートロード（４，５，６）とが設けられたプラズマ溶射装置（１）用のアノード（７）であって、前記ニュートロード（４，５，６）は互いに電気的に絶縁されており、少なくとも２つの部分（２７，２９）を含む間隙（２６）は、前記最前のニュートロード（６）と前記アノード（７）との間に延在し、絶縁ディスク（３０，３１）は前記２つの部分（２７，２９）のそれぞれに配置されており、前記アノード（７）の後部には、少なくとも２つの部分を有する間隙を形成するために、前記最前のニュートロードに面するリング状の隆起部またはリング状の窪み（７３）が設けられていることを特徴とする、アノード（７）。
17. 前記アノード（７）には、冷却液を導入するための環状チャネル（４１）が設けられ、複数の傾斜したチャネル（４０）は、前記冷却液を供給および排出するために前記環状チャネル（４１）に通じていることを特徴とする、請求項１６に記載のアノード（７）。
18. 少なくとも１つのカソード（３）とアノード（７）との間に延在するプラズマチャネル（１０）と、前記アノードに隣接し、ニュートロード装置の一部を形成するニュートロード（６）とを設けたプラズマ溶射装置（１）用のニュートロードであって、少なくとも２つの部分（２７，２９）を含む間隙（２６）は、この最前のニュートロード（６）と前記アノード（７）との間に延在し、絶縁ディスク（３０，３１）は、前記２つの部分（２７，２９）のそれぞれに配置されており、前記ニュートロード（６）の前方には、少なくとも２つの部分を含む間隙を形成するために前記アノードに面したリング状の突出部（６６）またはリング状の窪みが設けられていることを特徴とする、ニュートロード。
19. 前記ニュートロード（６ａ，６ｂ，６ｃ）の内径（Ｄ２，Ｄ３，Ｄ５）は、少なくとも前記アノード（７）に面する端部領域において、前記アノード（７）の内径（Ｄ１）よりも少なくとも１０％、特に少なくとも２０％、好ましくは少なくとも３０％大きいことを特徴とする、請求項１８に記載のニュートロード。
20. 前記ニュートロード（６）は、少なくとも８個、特に少なくとも１２個の軸方向の溝（７０）が形成されているリング状のカラー（６９）を備え、前記各溝（７０）は、前記カラー（６９）の円周の少なくとも５％、特に好ましくは、前記カラー（６９）の円周の少なくとも１０％に対応する深さを有することを特徴とする、請求項１８または１９に記載のニュートロード。

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