DE2706559C2 - Plasmaflammspritzpistole - Google Patents

Plasmaflammspritzpistole

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DE2706559C2
DE2706559C2 DE2706559A DE2706559A DE2706559C2 DE 2706559 C2 DE2706559 C2 DE 2706559C2 DE 2706559 A DE2706559 A DE 2706559A DE 2706559 A DE2706559 A DE 2706559A DE 2706559 C2 DE2706559 C2 DE 2706559C2
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Plasmaflammspritzpistole zum Verarbeiten pulverförmiger Werkstoffe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches I.
Das bekannte Plasmaflammspritzverfahren gewinnt zunehmend an Bedeutung auf breiter industrieller Ebene insbesondere auf dem Gebiet des Aufiragsschwei-Uons zur Erzielung gewünschter Obcrfliichcncigenschaften. wie /.. B. einer hohen Verschleißfestigkeit. Das Spritzverfahren wird beispielsweise ferner zur Herstellung von festen Teilen aus pulverförmigen Werkstoffen verwendet.
Neue Anwendungsmöglichkeiten und neue Auftragsmaierialien erfordern Plasmaflammspritzpistolen mit sehr hoher elektrischer Belastbarkeit zur Erzielung noch höherer Arbcitsiemperalurcn und höherer Spritxgcschwindigkcitcn als bisher. Derzeit gebräuchliche Plasmabrcnncrpistolcn sind in ihrer Leistungsaufnahme durch ihr relativ schlechtes Kühlvermögen, begrenzt Es wurde versucht, die Kühlleistung durch ErhChung des Wasserdruckes und Herabsetzung der Wasserlemperatür am Eingang zu steigern, doch erfordern solche Lösungen kostspielige Speisegeräte und führen auch zu Nachteilen wie Dichtungsproblemen und Problemen im Arbeitsablauf. Zudem sind die üblichen Spritzpistolen von sehr kompliziertem Aufbau, wodurch das Ersetzen der Verschleißteile ein sehr zeitraubender und umständlicher Vorgang wird.
Aus der US-PS 31 06 631 ist eine Plasmaflpmmspritzpistolc bekannt, die eine Kathodeneinheit und eine trennbar damit verbundene Anodeneinheit aufweist, die je einen getrennten Kühlwasserkreis besitzen, wobei jedoch die gegenseitige axiale Lage dieser Teile, die funktionell eminent wichtig ist, nicht durch Passungsflächen definiert ist, so daß eine solche Montage problematisch, zeitraubend und im praktischen Einsatz unmöglich ist. Auch erfolgt bei dieser bekannten Flammspritzpisto-Ic die Kühlung der Anode nicht indirekt, d. h. im Düsenaufnahmekörper, sondern derart, daß zum Auswechseln des Düscntcils ein öffnen und damit ein Unterbrechen des Anodcnkfihlwasserkreislaufcs notwendig ist, so daß
ίο bei jeder Unterbrechung des Kühlkreislaufes der Anodenkreis naß wird.
Aus der US-PS 31 06 632 ist eine Plasmaflammspritzpistole mit einer Kathodeneinheit und einer trennbar damit verbundenen Anodeneinheit bekannt, die je einen getrennten Kühlwasserkreislauf besitzen, wobei die Anodeneinheit einen die Anode bildenden auswechselbaren länglichen Düsenteil sowie einen aus mindestens zwei koaxialen Teilen bestehend,-?!, den Düsenteil seitlich umgebenden Düsenaufnahmekörper aufweist. Auch bei dieser bekannten Flammspritzpistole strömt das Anodenkühlwasser zwangsläufig in Längsrichtung des Düsenteils, so daß es direkt kühlt und beim eventuell erforderlichen Auswechseln des Düsenteils eine Unterbrechung des Anodenkühlwasserkreislaufes erforder-
v> lieh ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Plasmaflammspritzpistolc von besonders einfachem und funktionstüchtigem Aufbau zu schaffen, bei der der Zeitaufwand /um Ersetzen der Verschleißteile wesentlich verringert
V) ist, da die Verschleißteile leicht zugänglich sind und bei der ein Unterbrechen der Kühlwasserkreise bei gleichzeitiger Verbesserung der Kühlleistung und gleichzeitigem Zentrieren der eingesetzten Teile vermieden wird. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Mit der erfindungsgemäßen Plasmaflammspritzpistole wird also der Vorteil erzielt, daß die Verschleißteile leicht zugänglich sind und ein Unterbrechen der Kühlwasserkreise sowie ein Zentrieren der Ersatzteile bei einem Zerlegen und nachfolgenden Zusammensetzen nicht mehr erfolgt. Durch die verbesserte Kühlung der verschiedenen Brcnncrlcilc wird der Vorteil erzielt, daß
bi insbesondere die Kühlung der Anodcndiise und des HaI-tclcilcs der Pulverzufuhrröhrchen verbessert wird. Durch Verbesserung der Kühlung wird aber die Lebensdauer der Verschleißteile bei gegebener Leistung
verlängert bzw. wird bei gegebener Lebensdauer der Verschleißteile die zulässige Leistungsaufnahme erhöht.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel dargestellt ist
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch eine Plasmaflammspritzpistole gemäß der Erfindung.
Die in der Zeichnung dargestellte PlasmaFlammspritzpistole besteht aus zwei Hauptteilen und zwar aus einer Kathodeneinheit 1 und einer Anodeneinheit 2, die miteinander durch vier Schrauben 3 oder andere geeignete Mittel verbunden sind. Die AuBenform dieser Einheiten ist beispielsweise die eines rechteckigen Parallelepipeds, sie kann jedoch auch zylindrisch oder in anderer geeigneter Weise gestaltet sein.
Die Kathodeneinheit 1 weist einen Grundkörper 4 aus Isoliermaterial auf, in den ein Kathodenträgerteil 5 aus Kupfer eingebettet ist Der Kathodenträgerteil 5 ist beispielsweise zylindrisch und besitzt zwei Anschlußrohre 5', 5", die seitlich durch den Grundkörper 4 hindurchtreten. Im Innern des Kalhodcnträgertcils 5 befindet sich eine Kühlkammer 6, die durch eine in Längsrichtung angeordnete Trennwand 5'" geteilt ist, wobei die Trennwand nahe einer relativ dünnen Stirnwand 5"" des Teils 5 endet Die gezeigte Anordnung bewirkt einen zwangsläufigen Kühlwasserstrom vom Eingangsrohr 5' entlang der Stirnwand 5"" und schließlich zum Ausgangsrohr 5". Eines der Rohre 5', 5" oder beide Rohre dienen auch zum elektrischen Anschluß des Kathodenträgerteils 5 an den negativen Pol eines Stromgenerators 7, wie in der Zeichnung schematisch dargestellt Der Kathodenträgerteil 5 ist fast zur Gänze in den Grundkörper 4 eingebettet, wobei lediglich ein die Stirnfläche 5""umgebendes Stück in Längsrichtung heraustritt und mit einem Außengewinde versehen ist Auf dieses Außengewinde ist eine Überwurfmutter 8 aufgeschraubt, die zur Befestigung eines Kathodenteils 9 auf dem Kathoden träger dient Die Kontaktfläche zwischen der Stirnwand 5"" und dem Kathodenteil 9 ist vorzugsweise eine ebene Fläche, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist.
Der Kathodenteil 9 besitzt eine konische Form und ist als Verbundteil ausgebildet, welches aus einem äußeren Elektrodentril 9' aus Wolfram und aus einem inneren Kernteil 9" aus Kupfer besteht Die Überwurfmutter 8 weist eine konische Innenfläche 8' auf, die mit einer entsprechenden konischen Fläche an der Basis des Kathodenteils 9 zusammenwirkt, um den Kathodenteil in einer genau zentrischen Lage gegenüber dem Kathodenträger und daher auch gegenüber der ganzen Kathodeneinheit 1 zu halten.
Ein Gaszufuhranschluß 51 ist im Grundkörper 4 der Kathodeneinheit angeordnet und steht mit einer ringförmigen im Inneren des Grundkörpers gebildeten Kammer 52 in Verbindung. Mehrere Kanäle 53 treten durch den Stirnteil des Grundkörpers 4 in der Nähe des Kathodenteils hindurch und verbinden die ringförmige Kammer 52 mit dem die Kathode umgebenden Raum zur Einführung eines Plasma bildenden Gases in diesen Raum.
Die Anodeneinheit 2 weist einen Mantelteil 10 aus Isoliermaterial auf, dessen äußere Form praktisch derjenigen der KiUhodencinheit 1 entspricht. Ein Mclalllcil 11, beispielsweise aus Kupfer, von zylindrischer Außenform ist in den1 Mantcltc'l eingebettet, wobei zwei Verbindungsrohr<; 11', 11" durch diesen Manlclicil hincliirchlrctcn. Pas Rohr 1Γ stellt einen Kühlwasscrzufuhr-Anschluß dar und steht mit einer Kühlkammer 12 in Verbindung, die im Stirntcil von 11 angeordnet ist Dieser Siirntcil weist einen in Längsrichtung vorstehenden ringförmigen Teil 11'" auf, der mehrere radial ge-
s richtete Einschnitte als Halterung für Pulverzuführröhrchen 13 besitzt
Mehrere Röhrchen 13 können in gewünschten Winkelstellungen im Teil 11'" befestigt werden und werden darin durch einen Haltering 14 festgehalten, der auf dem
ίο Teil 11 beispielsweise durch in der Zeichnung nicht dargestellte Schrauben angebracht ist
Die ringförmige Kühlkammer 21 reicht bis nahe an den Boden der Befestigungsschlitze heran und besitzt eine Austrittsöffnung 12' an der Innenfläche des Teils.
11. Diese Innenfläche ist konisch ausgebildet und ihr Durchmesser nimmt gegen das Innere des Brenners zu. Ein Düsenaufnahmeteil 15 mit einer der Innenfläche von 11 entsprechenden konischen Außenfläche ist in den Teil 11 eingeschoben. Eine spiralförmige Ringnut 16 ist entlang der konischen Außenfläche d»·. Teils 15 gebildet, wobei das eine Ende dieser Nut gegenüber der Austritisöffnung 12' der Kühlkammer 12 und das andere Kndc dieser Nut gegenüber einer Öffnung im Teil 11 liegt, welche mit dem Anschlußrohr 11" in Verbindung steht. Die spiralförmige Nut 16 bildet zusammen mit der Innenfläche des Teils 11 einen Kühiwasserkanal, in dem das Kühlwasser-von der Mündungsseite des Düsenaufnahmeteils in Richtung des inneren Teils desselben fließt, wobei das AnschluSrohr 11" den Ausgang dieses Kühlkreises bildet. Eines der Rohre II', 11" oder beide Rohre dienen ferner zum elektrischen Anschluß der Anode an den positiven Pol des Generators 7.
Die Anode hat die Form eines Düsenteiis 17, welcher als Verbundkörper ausgebildet ist und einen Mantelteil 18 aus Kupfer und einen inneren Düsenteil 19 aus Wolfram aufweist. Der ganze Düsenteil 17 ist im inneren des Düsenaufnahmekörpers angeordnet, wobei seine konische Außenfläche an einer entsprechenden konischen Innenfläche des Teils 15 anliegt. Der Durchmesser dieser Flächen nimmt gegen den Mündungsteil der Pistole hin ab. Die Innenfläche der Düse kann jede beliebige Form annehmen und insbesondere, wie in der Zeichnung dargestellt, einen zylindrischen Teil und einen daran anschließenden konischen Teil aufweisen. Eine koni-
Vi sehe Hülse 20 ist an den Düsenteil anschließend in einer entsprechenden konischen Erweiterung des Düsenaufnahmekörpers angeordnet um die Düse in ihrer axialen Lage festzuhalten. Ein Ende der Hülse 20 ist vorzugsweise als Flansch ausgebildet, der am Rand des Düsenaufnahmeteils 15 aufüegt, wobei ein Dichtungsring 21 zwischen beiden Teilen angeordnet ist.
Die Kathodeneinheit 1 und die Anodeneinheit 2 besitzen einander entsprechende konische Paßflächen, die mit Γ bzw. 2' bezeichnet sind und genau koaxial zu dem Kathodenteil 9 bzw. dem Düsenteil 17 liegen. Die Paßflächen sind so angeordnet, daß sie beim Verbinden der Kathodeneinheit mit der Anodeneinheit eine genaue Ausrichtung derselben bewirken. Ferner ist ein Stirnteil der Kathodeneinheit 1 so ausgebildet, daß er an der Außenfläche des erwähnten Flansches der Hülse 20 im zusammengefügten Zustand der Pistole anliegt wobei ein Dichtungsring 22 zwischen diesen beiden Teilen liegt.
Die vorliegende nlasmaflammspritzpistole besteht
hr· demnach aus nur zwei Hauptieilcn, nämlich der Kathoden- und der Anodcncinhcit, welche lediglich gasdicht gegenüber dem Aiißcnraum abgedichtet sein müssen, was durch die Dichtungsringe 21 und 22 bewirkt wird.
Da jede der beiden Einheiten einen getrennten Kühlwasserkreis besitzt, kann die Spritzpistole zum Austausch der Anoden- und Kathodenverschleißteile (17,9) geöffnet werden, ohne den Kühlwasserkreislauf zu unterbrechen, was dazu beiträgt, den Austauschvorgang stark zu vereinfachen. Eine andere wichtige Eigenschaft bezüglich dieses Vorgangs ist die einfache selbstzentrierende Befestigung des Kathodenteils auf dem Kathodenträger mit Hilfe der Überwurfmutter 8 und deren konischer Paßflächc 8', sowie die Verbindung der Kathoden- und Anodcncinhcit über die Paßflächen Γ, 2'. Es ist ferner zu bemerken, daß die Verbindungsflächc der Anodeneinheil mit der Kalhodeneinhcit in einem Querschniltsbereich der Spritzpistole liegt, in dem der Kathodenteil auf dem Kathodcntriigcr befestigt ist. so daß diese Befestigungsstcllc äußerst leicht zugänglich ist. Dies bewirkt zusammen mit der einfachen Austauschbarkeit der indirekt gekühlten AnodenHiKr l7 und den oben angeführten Maßnahmen eine sehr wesentliche Verringerung des Zeitaufwandes für das Austauschen der Kathoden- und Anodenteile 9, 17. Die benötigte Zeit kann in der Praxis von mehr als einer Stunde bei üblichen Brertnerpistolen auf etwa eine Minute bei der %'orliegenden Pistole herabgesetzt werden.
Wie bereits erwähnt, wird durch den Aufbau der erfindungsgemäßen Plasmaflammspritzpistole die Notwendigkeit eines öffnens der Kühlwasserkreise beim Austausch der Verschleißteile beseitigt. Dadurch fallen die bisher üblichen O-Ring-Dichtungen weg und zugleich mit der Vereinfachung des Kühlkreises, kann dessen Wirksamkeit stark erhöht werden. Wie aus der Beschreibung hervorgeht, wird der Kathodenteil äußerst wirksam über seine ebene Konlaktflächc zwischen dem Kernteil 9" und der dünnen Stirnfläche 5"" des Kathodenträgers gekühlt, wobei der Kathodcnträgcr selbst durch einen zwangsläufigen Kiihlwasscrfluß gekühlt wird. Was den Anodenkühlkreis betrifft, so besitzt dieser eine Reihe von wichtigen Vorteilen. Zunächst wird das eintretende Kühlwasser dem Stirnteil des Brenners zugeführt, welcher am meisten wärmebeansprucht ist, wobei eine sehr wirksame Kühlung durch die Ringkammer 12 in unmittelbarer Nähe der Pulverzuführröhrchen bewirkt wird. Dies verlängert die Lebensdauer dieser Röhrchen, schützt deren Zufuhrschläuche und verhindert ein Anbacken des Pulvers. Der Düsenteil selbst wird durch einen zwangsläufigen Kühlwasserfluß durch den spiralförmigen Kanal 16 gekühlt wobei eine große Oberfläche für den Wärmeaustausch zur Verfügung steht. Es kommen selbstverständlich auch andere Formen eines WasiMührungs-Gebildes von großer Oberfläche in Betracht, beispielsweise eine längsgerichtete Kammer mit Kühlrippen. Die gezeigte Anordnung ist jedoch von großer Einfachheit und Wirksamkeit Die konischen Kontaktflächen bewirken eine ausreichende Dichtung zwischen den Teilen 11 und 15, so daß lediglich die Enden dieser Teile durch Lötung nach außen abgedichtet werden müssen.
Es ist festzustellen, daß die langgestreckte Form des Kühlraumes ein optimales Verhältnis zwischen der Größe der Kühlfläche und dem äußeren Durchmesser des Düsenaufnahmekörpers herzustellen erlaubt Ferner geht aus der Zeichnung hervor, daß in der vorliegenden Pistole die Kühlung bis in die Umgebung der Basis des Kathodenteils erstreckt werden kann, um den ganzen, die Kathode umgebenden Anodenteil zu schützen. Dies ergibt sich aus der Anordnung der Gaszufuhr und der Gasverteilerkammer im Grundkörper 4, das heißt hinter der Kathode.
Die Verschleißteile von Kathode und Anode besitzen dank der erwähnten wirksamen Kühlung eine stark erhöhte Lebensdauer und sind elektrisch wesentlich höher belastbar. Ihre Ausbildung mit äußeren Wolframteilen trägt ferner zur Erhöhung ihrer Lebensdauer bei. während die Kontaktteile aus Kupfer einen sehr guten thermischen und elektrischen Kontakt ergeben.
Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß die erfindungsgemäße Plasmaflammspritzpistole die wesentlichstcn Eigenschaften besitzt, die ihr eine breite industrielle Anwendbarkeit bei einerseits extrem hohen Leistungen und Spritzgcschwindigkcitcn und andererseits zeitsparender und unproblematischer Wartung sichern.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Plasmaflamrnspritzpistolc, die eine Kalhodcneinheil und eine trennbar damit verbundene Anodeneinheil aufweist, wobei diese Einheiten je einen getrennten Kühlwasserkreislauf besitzen, ferner die Kathodeneinheit einen Grundkörper aus Isoliermaterial, einen in diesen Grundkörper eingebetteten, den Kathodenkühl wasserkreis enthaltenden Kathodenträger und einen auf dem Kathodenträger auswechselbar befestigten Kathodenteil aufweist, während die Anodeneinheit einen die Anode bildenden, auswechselbaren, länglichen Düsenteil sowie einen aus mindestens zwei koaxialen Teilen bestehenden, den Düsenteil seitlich umgebenden Düsenaufnahmekörperaufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenaufnahmekörper (11, 15) so ausgebildet ist, da ti das Anodenkühlwasser in diesem Düsenaufnahinekörper und damit indirekt kühlend läuft.
2. Spritzpistole nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenteil (17) einen inneren Teil (19) aus Wolfram und einen seitlichen Mantelteil (18) aus Kupfer aufweist.
3. Spritzpistole nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenaufnahmekörper (11,15) einen um den Düsenteil (17) herumgeführten Wasserkanal (16) aufweist, dessen Eingang (H') am mündungsseitigen Ende des Düscnlcils (17) liegt.
4. Spritzpistole nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlwasserkanal (16) spiralförmig um den Düsenteil (IV) herumgeführt ist
5. Spritzpistole nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei koaxialen Teile (11, 15) des Düsenaufnahmekörpers zwischen sich einen Kühlwasserkanal (16) bilden.
6. Spritzpistole nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche zwischen den beiden Teilen (11,15) des Düsenaufnahmekörpers eine konische Fläche ist.
7. Spritzpistole nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenaufnahmekörper (11) einen vorspringenden Stirnteil (H'") zum Festhalten von Pulverzuführungsröhrchen (13) aufweist, wobei dieser Halteteil das mündungsseiügc Ende des Düscnteils ringförmig umgibt und einen Kühlwasscrkanal (12) enthält.
8. Spritzpistole nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Wasserkanals (12) des vorspringenden Hailctcils mil dem Zufuhranschlud (1Γ) des Anoden-Kühlkrcises verbunden ist, während der Ausgang (12') des genannten Wasscrkanals des Halteteils mit dem um den Düsenteil (17) herumgeführten Kühlwasserkanal (16) in Verbindung steht.
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