Plasmaspritzgerät zum Versprühen von pulverförmigem oder gasförmigem Material

Abstract

 Das Plasmaspritzgerät besitzt ein indirektes Plasmatron zur Erzeugung eines Langlichtbogens. Dieses weist wenigstens eine, z.B. drei Kathoden (1,20), eine von der Kathode distanzierte ringförmige Anode (3) und einen sich von der Kathode zur Anode erstreckenden Plasmakanal(4) auf. Der letztere wird durch den Anodenring (3) und eine Anzahl ringförmiger, voneinander elektrisch isolierter Neutroden (5 bis 12) gebildet. Der Plasmakanal (4) weist im kathodennahen Bereich eine Einschnürungszone (33) auf und erweitert sich von dieser Einschnürungszone zur Anode (3) hin. Die Zufuhr des Spritzmaterials (SM) erfolgt mit Hilfe eines Trägergases (TG) durch ein zentrales Rohr (24), das in das Zentrum einer Einlaufdüse mündet, welche durch die der Kathode am nächsten liegende Neutrode (5) gebildet wird.
Mit dieser Lösung ist ein höherer Wirkungsgrad und eine höhere Standzeit des Plasmaspritzgerätes erreichbar.

Beschreibung

[0001] Zum Versprühen von z.B. pulverförmigem Material in schmelzflüssigem Zustand sind Plasmasspritzgeräte im Gebrauch, welche mit einem indirekten Plasmatron arbeiten, d.h. einem Plasmaerzeuger mit einem aus einer Düse ausströmenden, elektrisch nicht stromführenden Plasmastrahl. In der Regel wird das Plasma durch einen Lichtbogen erzeugt und durch einen Plasmakanal zu einer Ausströmdüse geleitet, wobei man zwischen Geräten mit Kurzlichtbogen und solchen mit Langlichtbogen unterscheidet.

[0002] Bei einem grossen Teil der heute technisch eingesetzten Plasmaspritzgeräte wird dem Plasma, das durch eine stromstarke Bogenentladung zwischen einer stiftförmigen Kathode und einer hohlzylinderförmigen Anode erzeugt wird, das aufzuschmelzende und achsial zu beschleunigende, z.B. pulverförmige Spritzmaterial, z.B. Metall- oder Keramikpulver, seitlich im Bereich der Anodenöffnung beigegeben. Diese Art der Pulvereingabe ist jedoch ungünstig, da die Pulverteilchen, abhängig von ihrer Grösse und Eintrittsgeschwindigkeit, eine unterschiedliche Behandlung im Plasmastrahl erfahren. Grosse Pulverteilchen z.B. durchfliegen den Plasmastrahl und werden nicht aufgeschmolzen. Dies führt zu einer schlechten Ausnützung des Spritzmaterials und zu einer Qualitätsminderung der plasmagespritzten Schicht. Ausserdem erschweren die komplexen Zusammenhänge der Betriebsparameter die Optimierung des Plasmaspritzprozesses. Vor allem die Störung des Plasmastrahls durch das seitlich einströmende, für den Pulvertransport nötige Trägergas wirkt sich nachteilig aus.

[0003] Aus der EP 0 249 238 A2 ist demgegenüber ein Plasmaspritzgerät bekannt, bei dem die Zufuhr des Spritzmaterials achsial erfolgt, und zwar durch ein Rohr, das an einer der Anode vorgesetzten Düse von der Seite radial in den Düsenhohlraum eingeführt und innerhalb desselben in die Düsenachse umgebogen ist. Die Anordnung des Zuführrohres innerhalb des Plasmastrahls führt jedoch zu Schwierigkeiten, weil das Zuführrohr und der Plasmastrahl sich gegenseitig ungünstig beeinflussen. Einerseits wird die Strömung des Plasmastrahls durch das Zuführrohr mechanisch behindert, andererseits wird das Zuführrohr im Zentrum des Plasmastrahls thermisch ausserordentlich stark beansprucht.

[0004] Energetisch besitzen die heutigen Plasmaspritzgeräte ausserdem einen sehr schlechten Wirkungsgrad. Dies rührt vor allem daher, dass bei anodenseitiger Zufuhr des Spritzmaterials nur der Energieanteil genutzt wird, welcher aus dem Lichtbogen in den freien Plasmastrahl übergeht. Andererseits fliesst ein Grossteil der zugeführten elektrischen Energie innerhalb des Plasmakanals über Wandverluste in das Kühlwasser ab und damit dem Energieinhalt des Plasmastrahls verloren.

[0005] Dies betrifft insbesondere auch Plasmatrons mit Langlichtbogen. Ein solches Gerät besitzt gemäss der EP 0 249 238 A2 einen von der Kathode zur Anode sich erstreckenden länglichen Plasmakanal, welcher durch eine Anzahl ringförmiger, voneinander elektrisch isolierter Neutroden gebildet ist. Der Langlichtbogen kann zwar eine grössere thermische Energie entwickeln als ein Kurzlichtbogen, ist aber in dem längeren, verhältnismässig engen Plasmakanal auch einer intensiveren Kühlung ausgesetzt.

[0006] Es zeigt sich also, dass unter diesen Umständen alle Bemühungen, eine möglichst hohe Energiekonzentration im freien Plasmastrahl zu erhalten, nämlich in dem Bereich, in welchem das Spritzmaterial zugeführt wird, aus den genannten Gründen nicht zu einerwesentlichen Verbesserung des Wirkungsgrades führen können.

[0007] Es sind zwar zahlreiche Vorschläge für Ausführungen von Plasmaspritzgeräten mit besseren Eigenschaften bekannt geworden. Insbesondere wurde vorgeschlagen, die Zufuhr des Spritzmaterials an das kathodenseitige Ende des Plasmakanals zu verlegen.

[0008] Das DE-GM 1 932 150 zeigt ein Plasmaspritzgerät dieser Art zum Versprühen von pulverförmigem Material, mit einem indirekten Plasmatron, das mit einem Kurzlichtbogen arbeitet. Eine hohlzylindrische Kathode arbeitet mit einer ebenfalls hohlzylindrischen, düsenförmig ausgebildeten Anode zusammen, wobei die Kathode in die koachsial zu dieser angeordneten Anode hineinragt. Die Hohlkathode dient zugleich als Zuführrohr für das Spritzmaterial, das auf diese Weise achsial in den Lichtbogenraum eingeführt wird. Das Plasmagas gelangt durch den Ringspalt zwischen Kathode und Anode in den Lichtbogenraum und anschliessend in die Anodendüse, durch welche der Plasmastrahl eingeschnürt wird. Ein Nachteil dieser Anordnung ist die durch die relativ hohen Stromstärken bedingte, relativ geringe Standzeit.

[0009] Die Verweilzeit des aus der Hohlkathode austretenden Spritzmaterials im Lichtbogenraum ist ziemlich kurz, so dass die Pulverteilchen in diesem Raum nur verhältnismässig wenig thermische Energie aufnehmen können, zumal der Lichtbogenansatz am Kathodenrand und daher ausserhalb der Pulverstrahlachse liegt. Es mag zwar von Vorteil sein, dass die Pulverteilchen unter diesen Umständen bis zum Austritt aus der Anodendüse noch nicht aufgeschmolzen sind und sich daher nicht an der Wandung der Anodendüse niederschlagen können. Hingegen ist dabei wiederum der überwiegende Energieanteil zum Aufschmelzen und Beschleunigen der Pulverteilchen vom freien Plasmastrahl aufzubringen.

[0010] Die Erfindung betrifft ein Plasmaspritzgerät zum Versprühen von festem, pulverförmigem oder gasförmigem Material, mit einem indirekten Plasmatron zur Erzeugung eines Langlichtbogens, welches wenigstens eine Kathode, eine von der Kathode distanzierte ringförmige Anode und einen sich von der Kathode zur Anode erstreckenden Plasmakanal aufweist, welcher durch den Anodenring und eine Anzahl ringförmiger, voneinander elektrisch isolierter Neutroden gebildet ist, und mit Mitteln für eine achsiale Zufuhr des Spritzmaterials in den Plasmastrahl.

[0011] Ausgehend von der bekannten Anordnung nach der EP 0 249 238 A2 bzweckt die Erfindung eine Verbesserung hinsichtlich des Wirkungsgrades und der Standzeit eines derartigen Plasmaspritzgerätes und soll sicherstellen, dass das zugeführte Spritzmaterial gleichmässiger aufbereitet wird.

[0012] Die Erfindung besteht darin, dass sich die Mittel für die Zufuhr des Spritzmaterials am kathodenseitigen Ende des Plasmakanals befinden und dass der Plasmakanal im kathodennahen Bereich eine Einschnürungszone aufweist und von dieser Einschnürungszone sich zur Anode hin erweitert.

[0013] Die Einschnürungszone komprimiert das im Einlaufbereich des Plasmakanals gebildete Plasma und engt zugleich die elektrische Stromverteilung ein. Dies bewirkt gasdynamisch eine Erhöhung von Druck und Temperatur und elektrisch eine verstärkte Aufheizung im Zentrum des Plasmastrahls. Es wird ausserdem angenommen, dass die in der Einschnürungszone zusammengeführten elektrischen Stromlinien aufgrund der Anziehung paralleler Stromfäden auch im weiteren Bereich des Plasmakanals konzentriert bleiben und das Plasma dank eines sozusagen plasmadynamischen Pincheffektes komprimiert halten. Praktische Versuche mit der genannten Einschnürungszone haben jedenfalls gezeigt, dass in der achsennahen Zone des Kathodenraumes, in den das Spritzmaterial eingegeben wird, eine erhöhte Energiedichte und Geschwindigkeit des Plasmas entsteht. Damit wird der Wärmeübergang auf das Spritzmaterial, z.B. auf die Pulverteilchen zum Aufschmelzen derselben und die achsiale Beschleunigung der Pulverteilchen verbessert. Ohne die Einschnürungszone ist eine "kalte Seele" im Plasmastrahl auch visuell erkennbar. Die Einschnürungszone nach der Erfindung hat jedoch keine anodische Funktion.

[0014] Bei den vorbekannten Geräten ist zwar ebenfalls eine Einschnürung vorhanden. Diese befindet sich aber stets im wesentlichen ausserhalb des Lichtbogenbereichs und beeinflusst nur den freien Plasmastrahl, nicht aber den Lichtbogen. Die EP 0 157 407 A2 zeigt ausserdem ein mit Kurzlichtbogen arbeitendes Plasmatron, bei dem der Plasmakanal im Anschluss an eine Einschnürung eine Erweiterung aufweist. Der erweiterte Bereich des Plasmakanals befindet sich jedoch ausserhalb der Anodendüse. Zudem wird das Plasma in diesem Bereich nicht gekühlt, sondern durch äussere Einwirkung zusätzlich erhitzt, und ein Durchlass von Spritzmaterial durch diesen Kanalbereich ist nicht vorgesehen.

[0015] Bei einem Plasmaspritzgerät nach dem EP 0 249 238 A2 mit einem nach der Einschnürung unveränderten Querschnitt des Plasmakanals hätte eine achsiale Zufuhr des Spritzmaterials im Kathodenbereich, z.B. durch eine Hohlkathode gemäss DE-GM 1 932 150, den Nachteil, dass sich allenfalls bereits innerhalb des Plasmakanals schmelzendes Spritzmaterial an der Wandung desselben niederschlagen und damit zu einer Verschmutzung und einer allmählichen Verengung des Plasmakanals führen könnte.

[0016] Ein wesentlicher Vorteil eines mit Langlichtbogen arbeitenden Plasmaspritzgerätes und mit im Kathodenraum achsial eingeführtem Spritzmaterial besteht darin, dass dem Spritzmaterial auf der ganzen Länge des energiereichen Lichtbogens thermische Energie zugeführt wird, so dass das Spritzmaterial bereits im geschmolzenen Zustand aus dem Plasmakanal austritt.

[0017] Von dieser Lichtbogenenergie wird bei den bekannten Plasmaspritzgeräten dieser Art nur der aus dem Lichtbogen in den freien Plasmastrahl übergehende Anteil genutzt, wobei jedoch ein erheblicher Teil der Lichtbogenenergie durch Wärmeübergang an die gekühlte Wandung des verhältnismässig engen Plasmakanals verlorengeht.

[0018] Durch die erfindungsgemässe Ausweitung des Plasmakanals von der Einschnürungszone zur Anode hin lässt sich demgegenüber der Wärmeverlust aus dem gebündelten Plasmastrahl ausserordentlich stark reduzieren und der Kühlmittelaufwand verringern. Dabei ist es gerade die Verlagerung der Energiekonzentration in den Lichtbogenraum, welche es ermöglicht, anstelle einer Anodendüse eine Anode mit grösserem Innendurchmesser vorzusehen, da an dieser Stelle eine weitere Beeinflussung des freien Plasmastrahls durch einen Düseneffekt nicht mehr nötig ist.

[0019] Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Plasmakanal am anodenseitigen Ende einen mindestens 1,5-mal so grossen Durchmesser wie an der engsten Stelle der Einschnürungszone. Dabei kann der auf die Einschnürungszone folgende, erweiterte Teil des Plasmakanals ganz oder teilweise zylindrisch oder konisch verlaufen. Beispielsweise kann der Hohlraum der Anode nach aussen konisch erweitert sein. Andererseits kann die Anode im Kanalprofil nach aussen versetzt sein, d.h. die ringförmige Anode kann einen grösseren Innendurchmesser aufweisen als die der Anode benachbarte Neutrode. Durch diese einzeln oder in Kombination getroffenen Massnahmen lässt sich nicht nur eine Ablagerung des Spritzmaterials an der Anode verhindern, sondern auch deren Wärmebelastung erheblich vermindern.

[0020] Die den Plasmakanal bildenden Neutroden sind üblicherweise durch ringförmige Isolierscheiben voneinander getrennt, welche in der Regel gegenüber der Kanalwandung zurückgesetzt sind, um sie einer übermässigen Wärmeeinwirkung des Plasmastrahls zu entziehen. Infolgedessen ist die Kanalwandung durch Spalte zwischen den Neutroden unterbrochen, was zu unerwünschten Turbulenzen am Rande des Plasmastrahls führen kann, und zwar vor allem im Einlaufbereich des Plasmakanals, in welchem das Plasma von der Kanalwandung eingeengt wird. Eine gasdynamisch günstige Lösung besteht darin, dass die der Kathode am nächsten liegende Neutrode sich wenigstens bis zur engsten Stelle der Einschnürungszone erstreckt. D.h. dass in diesem Bereich nur eine einzige Neutrode vorhanden ist, welche eine durchgehende Kanalwandung bildet.

[0021] Das Spritzmaterial wird vorzugsweise durch ein Rohr mit Hilfe eines Trägers in den Kathodenraum eingebracht. Von hier aus verlaufen die Teilchenbahnen aufgrund des Schroteffektes im wesentlichen innerhalb eines Kegels. Durch die genannte Ausweitung des Plasmakanals lässtsich nun erreichen, dass sich dieser Kegel gesamthaft ausschliesslich innerhalb des Plasmakanals ausbreitet und die Kanalwandung nicht schneidet, damit sich keine geschmolzenen Teilchen an der Kanalwandung ablagern können. Ein Auftreffen der Pulverteilchen auf die Kanalwandung in der Einschnürungszone führt dagegen nicht zu Ablagerungen, da die Pulverteilchen in diesem Bereich noch nicht geschmolzen sind.

[0022] Für die Zufuhr des Spritzmaterials kann in an sich bekannter Weise ein zentrales Rohr vorgesehen sein, das auf den Plasmakanal achsial ausgerichtet ist und in den Hohlraum der der Kathode am nächsten liegenden Neutrode ragt. Im Falle einer einzelnen Kathode ist diese vorzugsweise als Hohlkathode ausgebildet, welche zugleich das Rohr für die Zufuhr des Spritzmaterials bildet oder ein von dieser isoliertes Rohr umschliesst. Es können aber auch mehrere stabförmige Kathoden vorgesehen sein, welche im Kreis um das zentrale Rohr verteilt angeordnet sind.

[0023] In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 ein Plasmaspritzgerät nach der Erfindung im Längs schnitt, mit drei Kathoden;

Fig. 2 einen auf den Kathodenraum beschränkten Querschnitt nach der Linie 11-11 in Fig. 1 in grösserem Massstab;

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht des Plasmakanals gemäss der Ausführungsform nach Fig. 1 in grösserem Massstab, mit eingezeichneter Plasma- und Spritzmaterialströmung;

Fig. 4 Einzelheiten einer anderen Ausführungsform des Plas maspritzgerätes im Längsschnitt, mit einer Hohlka thode; und

Fig. 5 eine andere Ausführungsform des Anodenrings.

[0024] Das Plasmaspritzgerät nach den Fig. 1 und 2 besitzt drei stabförmige Kathoden 1, welche parallel zueinanderverlaufen und im Kreis um die zentrale Längsachse 2 des Gerätes gleichmässig verteilt angeordnet sind, ferner eine von den Kathoden 1 distanzierte ringförmige Anode 3 und einen von den Kathoden 1 zur Anode 3 sich erstreckenden Plasmakanal 4. Der Plasmakanal 4 ist durch eine Anzahl ringförmiger, voneinander elektrisch isolierter Neutroden 6 bis 12 und die ringförmige Anode 3 gebildet.

[0025] Die Kathodenstäbe 1 sind in einem Kathodenträger 13 aus Isoliermaterial verankert. An diesen schliesst sich ein hülsenförmiger Anodenträger 14 aus Isoliermaterial an, der die Neutroden 6 bis 12 und die Anode 3 umgibt. Das Ganze wird zusammengehalten durch drei Metallhülsen 15, 16 und 17, wobei die erste Hülse 15 mit dem Kathodenträger 13 stirnseitig und die zweite Hülse 16 mit der ersten umfänglich verschraubt ist, während die dritte Hülse 17 einerseits an der zweiten Hülse 16 lose verankert und andererseits mit dem Anodenträger 14 umfänglich verschraubt ist. Die dritte Hülse 17 drückt ausserdem mit einem nach innen gerichteten Flanschrand 18 gegen den Anodenring 3 und hält damit die den Plasmakanal 4 bildenden Elemente zusammen, wobei sich die den Kathoden am nächsten liegende Neutrode 6 an einem Innenbund 19 des Anodenträgers 13 abstützt.

[0026] Die Kathodenstäbe 1 tragen an ihren freien Enden Kathodenstifte 20, welche aus einem elektrisch und thermisch besonders gut leitenden und zudem hochschmelzenden Material, z.B. thoriertem Wolfram, bestehen. Dabei sind die Kathodenstifte 20 derart exzentrisch zur jeweiligen Achse der Kathodenstäbe 1 angeordnet, dass deren Längsachsen der zentralen Längsachse 2 näher liegen als diejenigen der Kathodenstäbe 1. An den Kathodenträger 13 ist auf der dem Plasmakanal 4 zugewandten Seite ein zentraler Isolierkörper 21 aus hochschmelzendem, insbesondere glaskeramischem Material angesetzt, aus dem die Kathodenstifte 20 heraus in den Hohlraum 22 der durch die erste Neutrode 6 gebildeten Einlaufdüse ragen. Der freiliegende Teil der äusseren Mantelfläche des Isolierkörpers 21 liegt einem Teil der Düsenwandung radial gegenüber und bildet mit diesem Wandungsteil einen Ringkanal 23 für den Einlass des Plasmagases in den Düsenhohlraum 22.

[0027] Die Zufuhr des Spritzmaterials SM, z.B. Metall- oder Keramikpulver, in den Plasmastrahl erfolgt mit Hilfe eines Trägergases TG am kathodenseitigen Ende des Plasmakanals 4. Zu diesem Zweck ist ein in der Längsachse 2 verlaufendes und vom Isolierkörper 21 gehaltenes Rohr 24 vorgesehen, das ebenfalls in den Düsenhohlraum 22 mündet, wobei sich die Kathodenspitzen 20 über die Mündung 25 des Rohrs 24 hinaus erstrecken.

[0028] Das Plasmagas PG wird durch einen im Kathodenträger 13 vorgesehenen Querkanal 26 zugeführt, welcher in einen Längskanal 27 übergeht, aus dem das Plasmagas in einen Ringraum 28 und von da in den Ringkanal 23 gelangt. Zur Erzielung einer möglichst laminaren Einströmung des Plasmagases in den Düsenhohlraum 22 ist ein auf dem Isolierkörper 21 sitzender Verteilerring 29 mit einer Mehrzahl von Durchgangsbohrungen 30 vorgesehen, welche den Ringraum 28 mit dem Ringkanal 23 verbinden.

[0029] Die den Plasmakanal 4 bildenden Elemente, nämlich die Anode 3 und die Neutroden 6 bis 12, sind durch Ringscheiben 31 aus Isoliermaterial, z.B. Bornitrid, gegeneinander elektrisch isoliert und durch Dichtungsringe 32 gasdicht miteinander verbunden. Der Plasmakanal 4 weist im kathodennahen Bereich eine Einschnürungszone 33 auf und erweitert sich im Anschluss an diese Einschnürungszone 33 zur Anode 3 hin auf einen Durchmesser, welcher mindestens 1,5-mal so gross ist wie der Kanaldurchmesser an der engsten Stelle der Einschnürungszone 33. Nach dieser Erweiterung verläuft der Plasmakanal 4 zylindrisch bis an sein anodenseitiges Ende. Während die Neutroden 6 bis 12 z.B. aus Kupfer bestehen, ist die Anode 3 aus einem Aussenring 34, z.B. aus Kupfer, und einem Innenring 35 aus einem elektrisch und thermisch besonders gut leitenden und zudem hochschmelzenden Material, z.B. thoriertem Wolfram, aufgebaut.

[0030] Um die Plasmaströmung, insbesondere im Düsenbereich, nicht durch Spalte in der Wandung des Plasmakanals 4 zu behindern, erstreckt sich die den Kathodenstäben 1 am nächsten liegende Neutrode 6 über die ganze Einschnürungszone 33, damit die Kanalwandung 52 bis über die engste Stelle der Einschnürungszone hinaus einen stetigen Verlauf aufweist.

[0031] Die der Lichtbogen- und Plasmawärme unmittelbar ausgesetzten Teile sind weitgehend wassergekühlt. Zu diesem Zweck sind im Kathodenhalter 13, in den Kathodenstäben 1 und im Anodenhalter 14 verschiedene Hohlräume für die Zirkulation des Kühlwassers KW vorgesehen. Der Kathodenhalter 13 weist drei Ringräume 36, 37 und 38 auf, die mit Anschlussleitungen 39, 40 bzw. 41 verbunden sind, und der Anodenhalter 14 weist im Bereich der Anode 3 einen Ringraum 42 und im Bereich der Neutroden 6 bis 12 einen alle Neutroden umgebenden Hohlraum 43 auf. Kühlwasser KW wird über die Anschlussleitungen 39 und 41 zugeführt. Das Kühlwasser der Anschlussleitung 39 gelangt durch einen Längskanal 44 zunächst zu dem die thermisch am stärksten belastete Anode 3 umgebenden Ringraum 42. Von da strömt das Kühlwasser durch den Hohlraum 43 der Mantelfläche der Neutroden 6 bis 12 entlang zurück durch einen Längskanal 45 in den Ringraum 37. Das Kühlwasser der Anschlussleitung 41 fliesst in einen Ringraum 38 und aus diesem in je einen Hohlraum 46 der Kathodenstäbe 1, welcher durch eine zylindrische Trennwand 47 unterteilt ist. Aus den Kathodenstäben 1 gelangt das Kühlwasser schliesslich ebenfalls in den Ringraum 37, aus dem es über die Anschlussleitung 40 abfliesst.

[0032] Die Fig. 3 zeigt den ungefähren Verlauf des Lichtbogens 48 beim Betrieb des Plasmaspritzgerätes nach den Fig. 1 und 2, sowie den Strömungsverlauf des Plasmagases PG und die Flugbahn des Spritzmaterials SM. Man erkennt deutlich die Wirkung der Einschnürungszone 33 und der anschliessenden Erweiterung des Plasmakanals 4. Die von den einzelnen Kathodenstiften 20 ausgehenden Lichtbogenäste 49 vereinigen sich in unmittelbarer Nähe der Bogenansatzstellen, und zwareinerseits aufgrund des geringen gegenseitigen Abstandes der Kathodenstifte 20 und andererseits wegen der kathodennahen Einschnürungszone 33, welche das Plasma und die Stromlinien derart einengen, dass sich im Zentrum des Plasmakanals 4 bereits an der Stelle der Spritzmaterialzufuhr eine hohe Energiekonzentration ergibt und keine kalte Seele im Plasmastrahl auftritt. Im erweiterten Teil des Plasmakanals 4 ist der bestand der Kanalwandung 50 zum Plasmastrahl verhältnismässig gross. Unter diesen Umständen wird die Kanalwandung 50 in diesem Bereich thermisch weniger beansprucht, und die Kühlleistung lässt sich dementsprechend verringern.

[0033] Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist eine einzelne Kathode 54 vorgesehen, welche als Hohlkathode ausgebildet ist. Die Neutroden-Kaskade 55 und der Anodenring 56, welche den Plasmakanal 57 bilden, sind im Prinzip gleich aufgebaut wie wie die entsprechenden Teile bei der Ausführungsform nach Fig. 1, mit dem Unterschied, dass die Einlaufdüse 58 hier flacher verlaufen kann und dass der Anodenring 56 einen grösseren Innendurchmesser aufweist als die dem Anodering 56 am nächsten liegende Neutrode 59. In die Hohlkathode 54 ist ein Rohr 60 für die Zufuhr des Spritzmaterials eingesetzt, dessen Mündung 61 gegenüber dem Ende der Kathode 54 zurücksteht. Ein Isolierrohr 62, welches die Mündung 61 des Rohres 60 überragt und das Rohr 60 mit einem Distanzring 63 radial fixiert, sorgt für die nötige Isolation zwischen Kathode 54 und Rohr 60 und schützt das letztere vor übermässiger Erwärmung. Im übrigen kann das Plasmaspritzgerät gleich oder ähnlich aufgebaut sein wie dasjenige nach Fig. 1.

[0034] Die Fig. 5 zeigt schliesslich noch eine andere Ausführungsform der Anode 64, bei welcher die Innenwandung 65 des eingesetzten Anodenrings 66 nach aussen konisch verläuft.

Ansprüche

1. Plasmaspritzgerät zum Versprühen von pulverförmigem oder gasförmigem Material, mit einem indirekten Plasmatron zur Erzeugung eines Langlichtbogens, welches wenigstens eine Kathode (1,20), eine von der Kathode distanzierte, ringförmige Anode (3) und einen sich von der Kathode zur Anode erstreckenden Plasmakanal (4) aufweist, welcher durch den Anodenring (3) und eine Anzahl ringförmiger, voneinander elektrisch isolierter Neutroden (6 bis 12) gebildet ist, und mit Mitteln für eine achsiale Zufuhr des Spritzmaterials in den Plasmastrahl, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Mittel (24) für die Zufuhr des Spritzmaterials (SM) am kathodenseitigen Ende des Plasmakanals (4) befinden und dass der Plasmakanal (4) im kathodennahen Bereich der Lichtbogenstrecke eine Einschnürungszone (33) aufweist und sich von dieser Einschnürungszone zur Anode (3) hin erweitert.

2. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der auf die Einschnürungszone (33) folgende, erweiterte Teil des Plasmakanals (4) zylindrisch verläuft.

3. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der auf die Einschnürungszone (33) folgende, erweiterte Teil des Plasmakanals (4) konisch verläuft.

4. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ringfömige Anode (56) einen grösseren Innendurchmesser aufweist als die der Anode benachbarte Neutrode (59) (Fig. 4).

5. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche (65) der Anode (64) nach aussen konisch erweitert ist (Fig. 5).

6. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Plasmakanals (4) am anodenseitigen Ende mindestens 1,5-mal so gross ist wie an der engsten Stelle der Einschnürungszone (33).

7. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die der Kathode (1,20) am nächsten liegende Neutrode (6) sich wenigstens bis zur engsten Stelle der Einschnürungszone (33) erstreckt.

8. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Zufuhr des Spritzmaterials (SM) ein zentrales Rohr (24) vorgesehen ist, das auf den Plasmakanal (4) achsial ausgerichtet ist und in den Hohlraum (22) der der Kathode (1,20) am nächsten liegenden Neutrode (6) ragt.

9. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere stabförmige Kathoden (1,20) vorgesehen sind, welche im Kreis um das zentrale Rohr (24) verteilt angeordnet sind.

10. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathoden (1,20) parallel zueinander verlaufen und symmetrisch um das zentrale Rohr (24) verteilt angeordnet sind.

11. Plasmaspritzgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Kathode eine Hohlkathode (54) vorgesehen ist, welche zugleich das Rohr für die Zufuhr des Spritzmaterials bildet oder ein von dieser isoliertes Rohr (60) umschliesst (Fig. 4).

Zeichnung