JP2007514283A - Plasma spray equipment - Google Patents

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ケラー シルヴァノ
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アーエムテー アーゲー
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Abstract

Disclosed is a plasma spraying device that is fitted with a burner shaft (1) and a burner head (2) to be fixed thereto. In order to rapidly and easily replace the burner head (2) and its wearing parts, the burner head (2) is releasably fixed to the burner shaft. The lines extending between the burner shaft (1) and the burner head (2) are separable. Electrically conductive tubular lines (17, 18) are provided for supplying the cooling fluid and at the same time conducting electric power. Said tubular lines (17, 18) are fitted with a mechanically separable interface (S1, S2) for producing an interlocking and non-positive connection between the line of the burner shaft (17, 18) and the corresponding line segment (11, 12) of the burner head (2). The mechanically separable interface (S1, S2) can be configured in the form of a screw connection or a bayonet socket.

Description

本発明は、請求項１前段の記載に従って構成されたプラズマスプレー装置に関する。   The present invention relates to a plasma spray apparatus constructed in accordance with the first paragraph of claim 1.

周知のように、この種のプラズマスプレー装置では、バーナーヘッドのある部分、例えば電極およびバーナーノズルに重度の摩耗が生じる。このような疲労が生じた部分を簡単かつ容易に交換可能にするため、交換可能なバーナーヘッドを有するプラズマスプレー装置の使用が増加している。しかし、交換可能なバーナーヘッドには、作動手段、特に冷却液の供給のために設けたケーブルを、バーナーシャフトとバーナーヘッドとの間の接合部に、相互に密封連結しなければならず、この場合、これまでは特に嵌め込まれた差込連結部に、しばしば障害が生じるという問題があった。さらに、アークを発生するために、通常数百アンペアの電流を流さなければならないので、電気エネルギーを伝達するために設けたケーブルが、連結位置においてパラサイトアーク（シリーズアーク）の発生によって急速な摩耗を生じるという危険がある。   As is well known, this type of plasma spray apparatus causes severe wear on certain parts of the burner head, such as electrodes and burner nozzles. In order to make it possible to easily and easily replace the portion where such fatigue occurs, the use of a plasma spray apparatus having a replaceable burner head is increasing. However, the exchangeable burner head must be connected to the connecting means between the burner shaft and the burner head by means of an actuating means, in particular a cable for the supply of coolant. In the past, there has been a problem that a failure often occurs in the plug-in connection portion that has been particularly fitted. Furthermore, in order to generate an arc, a current of several hundred amperes is usually required, so that the cable provided to transmit electrical energy is rapidly worn by the occurrence of a parasite arc (series arc) at the connection position. There is a risk that it will occur.

差込連結によってバーナーシャフトと連結された、交換可能なバーナーヘッドを有するプラズマスプレー装置は、例えば特許文献１に記載されている。
欧州特許第５８５２０３号明細書 A plasma spray device having a replaceable burner head connected to a burner shaft by plug-in connection is described, for example, in US Pat.
European Patent No. 585203

本発明の課題は、請求項１前段の記載に従って構成されたプラズマスプレー装置であって、バーナーシャフトとバーナーヘッドとの間のケーブルが安全かつ確実に連結されており、特に冷却媒体を提供するケーブルにおいては、密封連結が保証される一方、電気エネルギーを伝達するために設けたケーブルにおいては、表面が可能な限り小さい接触抵抗を有し、かつ特にケーブルの数を適正化した装置を提供することにある。   An object of the present invention is a plasma spray apparatus constructed in accordance with the description of the preceding paragraph of claim 1, wherein the cable between the burner shaft and the burner head is connected safely and reliably, in particular a cable for providing a cooling medium In a cable, a cable is provided to transmit electrical energy while a sealed connection is guaranteed, and a device having a contact resistance as small as possible on the surface and particularly an appropriate number of cables is provided. It is in.

この課題は、請求項１後段に記載の特徴を備えたプラズマスプレー装置によって解決される。   This problem is solved by a plasma spray apparatus having the features described in the latter part of claim 1.

基本的な発明思想は、バーナーシャフトとバーナーヘッドとの間に管状のケーブルを設け、このケーブルを介して、バーナーシャフトを冷却するのに必要な冷却媒体およびアークを発生させるのに必要な電気エネルギーを供給し、前記管状のケーブルに、機械的に分離可能な接合部をそれぞれ１個設け、この接合部にバーナーシャフトのそれぞれのケーブルとバーナーヘッドの対応するケーブル部分との間の、形状規制連結および締付け連結を生じさせるということにある。ケーブル相互間の形状規制連結および締付け連結を保証する機械的に分離可能な接合部によって、ケーブル相互間の水密な連結も確保することが可能である。他方で、これと同時に、たとえ困難な状況下、例えば端子が酸化または汚染された場合であっても、安全で長時間かつ確実な電源供給が保証をするような僅少な接触抵抗のみを有する接合部とする。さらに、一方で冷却媒体を提供し、他方で電気エネルギーを伝達する管状のケーブルを設けることによって、必要な部品スペースおよびケーブルの数量を減少または適正化することができる。   The basic idea is to provide a tubular cable between the burner shaft and the burner head, and through this cable, the electrical energy necessary to generate the cooling medium and arc necessary to cool the burner shaft. The tubular cable is provided with one mechanically separable joint, each of which has a shape-restricting connection between each cable of the burner shaft and the corresponding cable part of the burner head And to produce a tightened connection. It is also possible to ensure a watertight connection between the cables by means of a mechanically separable joint that ensures a shape regulating connection and a tightening connection between the cables. On the other hand, at the same time, a junction with only a small contact resistance that guarantees a safe, long-term and reliable power supply, even in difficult situations, for example when the terminals are oxidized or contaminated. Part. Furthermore, by providing a tubular cable that provides a cooling medium on the one hand and transmits electrical energy on the other hand, the required component space and the number of cables can be reduced or optimized.

プラズマスプレー装置の好適な実施形態が、従属請求項（請求項２〜１０）に記載されている。   Preferred embodiments of the plasma spray device are described in the dependent claims (claims 2 to 10).

次に、本発明の好適な実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。   Next, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１には、バーナーシャフト１の前方部分およびバーナーヘッド２の全体の縦断面が概略的に示されており、以下では、特に本発明にかかる本質的な特徴について説明する。バーナーシャフト１は、バーナーヘッド２の作動に必要な作動手段を供給する。作動手段とは、この場合、バーナーヘッド２に供給される媒体、例えば冷却液やプラズマガスのみならず、電気エネルギー、被覆粉粒体、および場合によって保護ガスをも意味し、かつ、ここで列挙したものに限定されない。バーナーヘッド２は、主に後方の陰極体３、前方の陽極体４、およびその間に挿入された絶縁盤５からなり、この絶縁盤５は陰極体３および陽極体４を半径方向から覆い、陰極体３と陽極体４を互いに電気的に絶縁する。陰極体３に陰極６として機能する電極を嵌め込み、陽極体４に陽極７として機能する電極を設ける。陰極６は、ほぼ円筒形に形成される一方で、陽極７は、中空円筒状に形成されると同時にプラズマレーザを放出するノズルを構成する。陰極体３および陽極体４は、高い電気伝導性および高い熱伝導性を有する金属から構成する。ここでいう金属には、例えば銅または真鍮が適切である。陰極体３および陽極体４に、それぞれ１個の環状の冷却管８、９を嵌め込む。双方の冷却管８、９に、それぞれ１個の出入口を設け、これらそれぞれに筒状のケーブル部分１１、１２をはんだ／ろう付けする。ケーブル部分１１、１２のそれぞれの端部に、ユニオンナット１５、１６のストッパとなる、より直径が大きい中空円筒部分１３、１４を設ける。筒状のケーブル部分１１、１２は、一方で冷却媒体（例えば、冷却水）をバーナーヘッド２に供給する。このケーブル部分は、他方で伝導体として機能し、このケーブルによって、アークを発生するのに必要な電気エネルギーが、バーナーシャフト１からバーナーヘッド２に伝達される。   FIG. 1 schematically shows a longitudinal section of the front part of the burner shaft 1 and the entire burner head 2, and in the following, the essential features according to the invention will be described in particular. The burner shaft 1 supplies operating means necessary for the operation of the burner head 2. Actuating means in this case mean not only the medium supplied to the burner head 2, for example coolant or plasma gas, but also electric energy, coated particles and possibly protective gas, and are listed here. It is not limited to what you did. The burner head 2 mainly comprises a rear cathode body 3, a front anode body 4, and an insulating board 5 inserted therebetween. The insulating board 5 covers the cathode body 3 and the anode body 4 from the radial direction. The body 3 and the anode body 4 are electrically insulated from each other. An electrode that functions as the cathode 6 is fitted in the cathode body 3, and an electrode that functions as the anode 7 is provided in the anode body 4. The cathode 6 is formed in a substantially cylindrical shape, while the anode 7 is formed in a hollow cylindrical shape and at the same time constitutes a nozzle that emits a plasma laser. The cathode body 3 and the anode body 4 are made of a metal having high electrical conductivity and high thermal conductivity. For example, copper or brass is suitable for the metal here. Annular cooling tubes 8 and 9 are fitted into the cathode body 3 and the anode body 4, respectively. Both cooling pipes 8 and 9 are each provided with one inlet / outlet, and cylindrical cable portions 11 and 12 are soldered / brazed to each of them. The hollow cylindrical portions 13 and 14 having larger diameters that serve as stoppers for the union nuts 15 and 16 are provided at the ends of the cable portions 11 and 12, respectively. On the other hand, the cylindrical cable portions 11 and 12 supply a cooling medium (for example, cooling water) to the burner head 2. This cable part, on the other hand, functions as a conductor, by which the electrical energy necessary to generate an arc is transmitted from the burner shaft 1 to the burner head 2.

バーナーヘッド１に、中空円筒状の、バーナーヘッド２に対向する前方部分１ａを設け、この部分に、媒体および作動手段を供給するために設置したケーブルを接続する。すなわち、図１では、全部で４個の管状ケーブル１７、１８のうち２個が示されており、この管状ケーブル１７、１８が冷却媒体および電気エネルギーを供給する。この管状ケーブル１７、１８は、端部に、雄ねじが設けられたそれぞれ１個のスリーブ１９、２０を有する。このスリーブ１９、２０は、好適には対応する管状ケーブル１７、１８にはんだ／ろう付けする。ユニオンナット１５、１６それぞれは、スリーブ１９、２０それぞれのねじ山にねじ付け固定し、これによって、バーナーシャフト１のケーブル１７、１８のそれぞれとバーナーヘッド２のケーブル部分１１、１２との間で、確実かつ水密な連結が生じる。好適にはユニオンナット１５、１６にスパナを当てるための平坦面を設け、このユニオンナット１５、１６は、それぞれのスリーブ１９、２０と共に機械的な接合部Ｓ１、Ｓ２を構成する。より直径が大きい中空円筒部分１３、１４および雄ねじが設けられたスリーブ１９、２０に平坦な前面を設け、これらを互いに当接させる。さらに、中空円筒部分１３、１４およびスリーブ１９、２０は、前記前面との境界領域にそれぞれ１個のＯリング２１、２２、２３、２４を有する。前記４個ケーブル部分１１、１２の寸法は、機械的な連結素子を付加的に必要とすることなく、ねじによる連結に加えて、バーナーヘッド２がバーナーシャフト１に確実に機械的に固定されるように定められる。バーナーヘッドをバーナーシャフト１から取り外すには、ユニオンナット１５、１６を緩めるだけでよい。ユニオンナット１５、１６を緩めると、バーナーヘッド２はバーナーシャフト１から左方に取り外すことができる。   The burner head 1 is provided with a hollow cylindrical front portion 1a facing the burner head 2, and a cable installed for supplying the medium and the operating means is connected to this portion. That is, in FIG. 1, two out of a total of four tubular cables 17, 18 are shown, which supply the cooling medium and electrical energy. The tubular cables 17 and 18 each have one sleeve 19 and 20 each provided with a male screw at the end. The sleeves 19, 20 are preferably soldered / brazed to the corresponding tubular cables 17, 18. Each union nut 15, 16 is screwed and fixed to the thread of each of the sleeves 19, 20, so that between each of the cables 17, 18 of the burner shaft 1 and the cable parts 11, 12 of the burner head 2, A secure and watertight connection occurs. Preferably, a flat surface for applying a spanner to the union nuts 15 and 16 is provided, and the union nuts 15 and 16 together with the sleeves 19 and 20 constitute mechanical joints S1 and S2. The hollow cylindrical portions 13 and 14 having larger diameters and the sleeves 19 and 20 provided with male threads are provided with a flat front surface and are brought into contact with each other. Furthermore, each of the hollow cylindrical portions 13 and 14 and the sleeves 19 and 20 has one O-ring 21, 22, 23, 24 in the boundary region with the front surface. The dimensions of the four cable portions 11 and 12 ensure that the burner head 2 is mechanically fixed to the burner shaft 1 in addition to screw connection, without the need for additional mechanical connection elements. It is determined as follows. To remove the burner head from the burner shaft 1, it is only necessary to loosen the union nuts 15,16. When the union nuts 15 and 16 are loosened, the burner head 2 can be removed from the burner shaft 1 to the left.

冷却水ケーブル（管状ケーブル）１７、１８に加えて、バーナーシャフト１からバーナーヘッド２に案内されるさらなるケーブルを設ける。このケーブルには、陰極体３と連結されたケーブル部分２６が該当し、このケーブル部分２６は半径方向から陰極体３に案内され、かつプラズマガスを供給する。一方で、陽極体４の下方に延在するさらに別のケーブル部分２７を介して、半径方向からプラズマレーザにスプレー粉粒体を供給することができる。前記ケーブル部分２６、２７の双方は、一般的な方法により差込連結部を用いて、バーナーヘッド１の対応するケーブル２８、２９に連結される。バーナーヘッド１の構成部分、すなわち陰極体３、陽極体４、およびその間に挿入された絶縁盤５を連結するために３個のボルト３０を設けるが、図面ではこれらのうち１個のみが示されている。それぞれのボルト３０の端部には、絶縁材料から形成されたナット３１をねじ込む。さらに、ボルト３０のそれぞれを半径方向から絶縁スリーブ３２によって被覆する。   In addition to the cooling water cables (tubular cables) 17, 18, further cables are provided which are guided from the burner shaft 1 to the burner head 2. This cable corresponds to a cable portion 26 connected to the cathode body 3, and this cable portion 26 is guided to the cathode body 3 from the radial direction and supplies a plasma gas. On the other hand, spray powder particles can be supplied to the plasma laser from the radial direction via yet another cable portion 27 extending below the anode body 4. Both cable parts 26, 27 are connected to the corresponding cables 28, 29 of the burner head 1 using plug connections in a conventional manner. Three bolts 30 are provided to connect the components of the burner head 1, that is, the cathode body 3, the anode body 4, and the insulating board 5 inserted therebetween, but only one of them is shown in the drawing. ing. A nut 31 made of an insulating material is screwed into the end of each bolt 30. Further, each of the bolts 30 is covered with an insulating sleeve 32 from the radial direction.

図２は、バーナーヘッドの陽極体４を上方から見た図であり、陽極体４に案内される、冷却媒体を供給するための双方のケーブル部分１１、１１ａが示されている。それぞれのケーブル部分１１、１１ａに固定されたユニオンナット１５、１５ａが、切断された状態で示されている。双方の前記ケーブル部分１１、１１ａの間に、半径方向から陰極体３に案内される、プラズマガスを供給するためのケーブル部分２６が示されている。   FIG. 2 is a top view of the anode body 4 of the burner head, showing both cable portions 11, 11 a guided by the anode body 4 for supplying a cooling medium. The union nuts 15 and 15a fixed to the cable portions 11 and 11a are shown in a cut state. Shown between both cable parts 11, 11a is a cable part 26 for supplying plasma gas, which is guided to the cathode body 3 from the radial direction.

機械的に分離可能な接合部Ｓ１、Ｓ２を上述のようにねじ連結部として構成することには、バーナーヘッド２のケーブル部分１１、１２のそれぞれおよびバーナーシャフト１の対応するケーブル１７、１８との間において、確実な機械的および油圧による連結を生ずることができるという利点がある。ねじによる連結には、さらに、差し込みによる連結の場合と比較して、好ましい電気的な端子、すなわち小さい接触抵抗および広い接触面を有する接合部を形成することができるという利点もある。加えて、ユニオンナットを嵌め込む際に、あらゆる汚れが除去されるので、ねじによる連結は、酸化および汚れの付着を生じにくい。これによって、特にパラサイトアークが生じる危険も減少する。最後に、ねじによる連結によって、高い機械的な安定性が確保されるので、付加的な機械的な固定素子を設ける必要がなくなる。   The mechanically separable joints S1, S2 can be configured as screw connections as described above by connecting each of the cable portions 11, 12 of the burner head 2 and the corresponding cables 17, 18 of the burner shaft 1. There is the advantage that a reliable mechanical and hydraulic connection can be produced between them. The connection with screws also has the advantage that preferred electrical terminals, i.e. joints with a low contact resistance and a wide contact surface, can be formed compared to the connection with plugs. In addition, since any dirt is removed when the union nut is fitted, the screw connection is less likely to cause oxidation and dirt adhesion. This in particular reduces the risk of parasite arcing. Finally, a high mechanical stability is ensured by the connection by means of screws, so that it is not necessary to provide additional mechanical fixing elements.

もちろん、前記のようなねじ連結部の代わりに、他の機械的な接合部、例えばバヨネットソケットを設けることもできる。   Of course, other mechanical joints, for example, bayonet sockets, may be provided instead of the screw connection parts as described above.

バーナーヘッドの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of a burner head. バーナーヘッドの陽極体を上方から見た説明図である。It is explanatory drawing which looked at the anode body of the burner head from the top.

Claims (10)

バーナーシャフト（１）と、このバーナーシャフト（１）に取り外し可能に固定されたバーナーヘッド（２）とを有するとともに、複数の分離可能なケーブル（１７、１８、２８、２９）がバーナーシャフト（１）とバーナーヘッド（２）との間に延在し、前記ケーブルが、バーナーヘッド（２）の作動に必要な作動手段、例えばプラズマガス、被覆粉粒体、電気エネルギーおよび冷却液を供給するプラズマスプレー装置において、冷却液を供給しかつ同時に電力を伝達するための伝導性かつ管状のケーブル（１７、１８）を設置し、このケーブル（１７、１８）に、バーナーシャフト（１）のそれぞれのケーブル（１７、１８）とバーナーヘッド（２）の対応するケーブル部分（１１、１２）との間に形状規制連結および締付け連結を生じるための、機械的に分離可能な接合部（Ｓ１、Ｓ２）を設けたことを特徴とする装置。   The burner shaft (1) has a burner head (2) removably fixed to the burner shaft (1), and a plurality of separable cables (17, 18, 28, 29) are connected to the burner shaft (1). ) And the burner head (2), the cable supplying the operating means necessary for the operation of the burner head (2), for example plasma gas, coated powder, electrical energy and coolant. In the spray device, conductive and tubular cables (17, 18) for supplying coolant and simultaneously transmitting electric power are installed, and the cables (17, 18) are connected to the respective cables of the burner shaft (1). (17, 18) and the corresponding cable part (11, 12) of the burner head (2) resulting in a shape restricting connection and a tightening connection For, and wherein the provided mechanically separable joint a (S1, S2). 前記機械的に分離可能な接合部（Ｓ１、Ｓ２）を、ねじ連結部またはバヨネットソケットとして構成したことを特徴とする請求項１に記載のプラズマスプレー装置。   2. The plasma spray device according to claim 1, wherein the mechanically separable joints (S1, S2) are configured as screw coupling parts or bayonet sockets. 前記機械的なインターフェイス（Ｓ１、Ｓ２）を、ケーブルの一方の端部に配置され、ねじ山（３５、３６）を有するユニオンナット（１５、１６）、およびケーブルの他方の端部に配置され、前記ユニオンナット（１５、１６）のねじ山と対になる雄ねじ（３３、３４）から構成したことを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマスプレー装置。   The mechanical interface (S1, S2) is arranged at one end of the cable, a union nut (15, 16) with threads (35, 36), and the other end of the cable; The plasma spray device according to claim 1 or 2, wherein the plasma spray device comprises a male screw (33, 34) paired with a screw thread of the union nut (15, 16). 前記ケーブルの一方の端部にスリーブ（１９、２０）を配置し、このスリーブの外側に前記雄ねじ（３３、３４）を設けたことを特徴とする請求項３に記載のプラズマスプレー装置。   The plasma spray device according to claim 3, wherein a sleeve (19, 20) is arranged at one end of the cable, and the male screw (33, 34) is provided outside the sleeve. 前記バーナーヘッド（２）が陰極体（３）および陽極体（４）を有し、これら陰極体（３）および陽極体（４）の双方にそれぞれ１個の冷却管（８、９）を挿入し、それぞれの冷却管（８、９）にそれぞれ１個の出入口を設け、これらをそれぞれ１個のケーブル部分（１１、１２）と接続し、それぞれのケーブル部分（１１、１２）にユニオンナット（１５、１６）を固定したことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載のプラズマスプレー装置。   The burner head (2) has a cathode body (3) and an anode body (4), and one cooling tube (8, 9) is inserted into each of the cathode body (3) and the anode body (4). The cooling pipes (8, 9) are each provided with one inlet / outlet, and these are connected to one cable portion (11, 12), respectively, and a union nut (11, 12) is connected to each cable portion (11, 12). The plasma spray device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a fixed portion (15, 16) is fixed. 前記ケーブル部分（１１、１２）の一方の端部に、より直径の大きい中空円筒部分（１３、１４）を設け、この部分（１３、１４）が前記ユニオンナット（１５、１６）のストッパとして機能することを特徴とする請求項５に記載のプラズマスプレー装置。   A hollow cylindrical portion (13, 14) having a larger diameter is provided at one end of the cable portion (11, 12), and this portion (13, 14) functions as a stopper for the union nut (15, 16). The plasma spray apparatus according to claim 5, wherein: 前記陰極体（３）および前記陽極体（４）との間に絶縁盤（５）を挿入し、この絶縁盤（５）が陰極体（３）および陽極体（４）の双方を半径方向から覆うことを特徴とする請求項５または６に記載のプラズマスプレー装置。   An insulating board (5) is inserted between the cathode body (3) and the anode body (4), and the insulating board (5) allows both the cathode body (3) and the anode body (4) from the radial direction. The plasma spray device according to claim 5 or 6, wherein the plasma spray device is covered. 前記バーナーシャフト（１）に、中空円筒状の、前記バーナーヘッド（２）に対向する前方部分（１ａ）を設け、この部分に、必要な作動手段を供給するために設置したケーブル（１７、１８、２８、２９）を接続したことを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載のプラズマスプレー装置。   The burner shaft (1) is provided with a hollow cylindrical front portion (1a) facing the burner head (2), and cables (17, 18) installed to supply necessary operating means to this portion. , 28, 29) are connected, The plasma spray device according to any one of claims 1 to 7. 前記ケーブル部分（１１、１２）、および前記機械的な接合部（Ｓ１、Ｓ２）のそれぞれの基本的な構成部分を伝導性の金属、特に銅または真鍮から製造し、このケーブル部分（１１、１２）それぞれを前記陰極体（３）および前記陽極体（４）にはんだ／ろう付けすることを特徴とする請求項３に記載のプラズマスプレー装置。   The basic components of the cable parts (11, 12) and the mechanical joints (S1, S2) are manufactured from a conductive metal, in particular copper or brass, and the cable parts (11, 12). A plasma spray device according to claim 3, characterized in that each is soldered / brazed to the cathode body (3) and the anode body (4). プラズマガスおよび被覆粉粒体を供給するために設けたケーブル（２８、２９）のために、前記バーナーシャフト（１）と前記バーナーヘッド（２）との間に差込連結部を設けたことを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか一項に記載のプラズマスプレー装置。   A plug connection is provided between the burner shaft (1) and the burner head (2) for the cables (28, 29) provided for supplying plasma gas and coated powder particles. The plasma spray device according to any one of claims 1 to 9, wherein the plasma spray device is characterized.
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