WO2020173782A1 - Plasma nozzle and plasma device - Google Patents

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WO2020173782A1
WO2020173782A1 PCT/EP2020/054324 EP2020054324W WO2020173782A1 WO 2020173782 A1 WO2020173782 A1 WO 2020173782A1 EP 2020054324 W EP2020054324 W EP 2020054324W WO 2020173782 A1 WO2020173782 A1 WO 2020173782A1
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channel
nozzle
transport
plasma
base body
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PCT/EP2020/054324
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Inventor
Karl Hable
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Noble Powder GmbH
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Publication date
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    • B01J2219/0873—Materials to be treated
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    • B01J2219/0886—Gas-solid

Definitions

  • the present invention relates to a nozzle device and a method for bringing together ionizable gases and substances or
  • the present invention also relates to a system for generating chemical and / or physical processes such as generating or recycling a powder from a substance.
  • Manufacturing process manufactured Using additive manufacturing processes, for example, a material is applied layer by layer, creating complex three-dimensional components.
  • the layer-wise build-up is computer-controlled from one or more liquid or solid, in particular powdery, materials.
  • physical and chemical processes for the remelting and hardening process take place.
  • Typical materials for 3D printing are plastics, synthetic resins,
  • the base material is melted and atomized by means of an ionized plasma jet.
  • Individual powder particles produced by the plasma atomization process are extremely homogeneous and spherulitic.
  • the spherulitic powder particles produced in this way can then be used, for example, for additive manufacturing or for further use as reactants with other materials.
  • US Pat. No. 5,707,419 A discloses a cooling chamber in which three plasma torches are coupled in order to cross corresponding plasma jets at a vertex in the interior of the cooling chamber. In this vertex a wire will be inserted from a wire turn so that it can be in the
  • Vertex is melted.
  • a chemical and / or physical process between substances can also generally be brought about by means of plasma jets.
  • This object is achieved with a nozzle device for bringing together ionizable gases and a base material (or a substance), a system for the chemical and / or physical treatment of a
  • Basic material of the product such as a powder from a basic material, as well as a method for combining an ionized gas and a basic material according to the independent claims.
  • a nozzle device for bringing together an ionizable gas and a base material in an interaction area or reaction area is provided.
  • Nozzle device initially has a base body which has a transport channel for guiding a substance or a
  • the main body also has a first plasma channel for guiding a first ionizable gas along the transport direction and a second plasma channel (which is spaced from the first plasma channel) for guiding a second ionizable gas along the
  • the first plasma channel has a first gas outlet and the second plasma channel has a second gas outlet.
  • the base body also has a coupling area for a
  • Electrode device such that the first ionizable gas in the first plasma channel and the second ionizable gas in the second
  • the nozzle device has a nozzle element which is coupled to the base body at the end region thereof.
  • the nozzle element has a further transport channel which is coupled to the transport channel in such a way that the base material can be transferred from the base body into an interaction area or reaction area outside the nozzle element along the transport direction.
  • the nozzle element has a first nozzle outlet, which is coupled to the first plasma channel, and a second nozzle outlet, which is coupled to the second plasma channel.
  • the first nozzle outlet for guiding the first ionizable gas and the second nozzle outlet for guiding the second ionizable gas are designed such that the first ionizable gas and the second ionizable gas can flow into the reaction region for reaction with the base material.
  • the method initially has the step of guiding the base material in the transport channel along a transport direction to an end region of the base body, guiding the first ionizable gas along the transport direction in the first plasma channel and guiding the second ionizable gas along the transport direction in the second plasma channel . Furthermore, the method has the step of ionizing the first ionizable gas in the first plasma channel and the second ionizable gas in the second plasma channel by means of an electrode device.
  • the base material is in the further transport channel of the nozzle element from the transport channel into the interaction area outside the nozzle element along the
  • the first ionized gas is through the first nozzle outlet and the second ionized gas is through the second Nozzle outlet flowed into the interaction area to react with the base material.
  • the substance or the base material is, for example, a solid such as a wire, for example a copper wire, aluminum wire, nickel wire, titanium wire or a tungsten wire. Alternatively this can
  • Base material can also be a liquid material or a gaseous material.
  • the base material is intended to react with the ionizable gas or to be melted or vaporized due to the high temperature of the ionizable gas.
  • An inert gas or argon (Ar), for example, can be used as the ionizable gas which, in a charged state, hits the base material in the interaction area as a plasma gas.
  • the main body consists of a solid material with a high
  • the base body can, for example, from
  • Alumina, Zirconia, SiAION are made.
  • the base body is in particular formed integrally and in one piece and has the transport channel, the first plasma channel and the second
  • Plasma channel on In other words, several plasma channels and the first one transport channel run in an integral one-piece
  • the main body can have one or a plurality of
  • the base body can furthermore have exclusively the first and the second plasma channel or a multiplicity of further first second plasma channels, it being possible for one and the same ionizable gas or a multiplicity of different ionizable gases to pass through the plasma channels.
  • the direction of transport defines in particular the advance or the
  • the base body has a coupling area for a
  • the electrode device can be attached to the base body directly or indirectly, for. B. to a nozzle housing and provide an energy input into the corresponding first and / or second plasma channel.
  • the electrode device has, for example, a radiation head which introduces high-frequency radiation into the corresponding plasma channels. Due to the high energy input, the gas is in the
  • the electrode device is centrally coupled to the nozzle element and the base body.
  • Electrode device the desired state of the plasma, such as for
  • Example temperature or flow condition when it hits the substance or the base material Example temperature or flow condition when it hits the substance or the base material.
  • the nozzle element consists of a solid material with a high
  • the nozzle element can, for example, from
  • the nozzle element has in particular a further transport channel, a first nozzle outlet and a second nozzle outlet.
  • the nozzle element is attached to an end region of the base body.
  • the nozzle element is such coupled to the base body that the transport channel and the other
  • Transport channel and the first nozzle outlet are coupled to the first plasma channel and the second nozzle outlet to the second plasma channel.
  • the nozzle element may, for example, be integral and one-piece with the
  • Base body be formed or detachable, for example by means of a
  • the first and / or the second nozzle outlet can furthermore have special tapering channels and accordingly at the outlet in the direction
  • the nozzle outlets can each form a Laval nozzle.
  • the nozzle outlets are designed such that the correspondingly ionized gas flows into the interaction area.
  • the further transport channel is designed so that the base material through the further transport channel of the
  • Nozzle element can be passed and protrudes into the interaction area.
  • the first nozzle outlet and the second nozzle outlet are designed in particular such that the first ionizable gas and the second ionizable gas meet at an apex in the interaction area.
  • the further transport channel is designed so that the base material also runs through the apex.
  • the interaction area or reaction area is correspondingly in
  • the physical and / or chemical process such as a reaction between the base material and the ionizable or ionizable material takes place in the interaction area.
  • the temperature at the apex can be adjusted.
  • the temperature at the apex can be due to the ionized gas and / or due to an exothermic reaction, for example of the ionized gas with the base material have a temperature of over 1000 ° C, in particular.
  • Gas composition a physical and / or a chemical process can be generated between the ionized gas and the base material.
  • the base material is automated due to the temperature of the ionized gas and melted into small, in particular spherical drops.
  • the molten droplets can be solidified into particles, so that a powder, which is necessary for additive manufacturing, for example, is provided.
  • ionizable gas with a base material can be provided a desired operation without complex equipment, since the
  • Electrode device off to bring about a desired action.
  • the ionizable gases and the base material are brought into the desired state due to their physical and / or chemical properties.
  • Nozzle device and its geometry is according to
  • the base body and the nozzle element are formed integrally.
  • the nozzle element can, for example, be attached to the base body
  • Base bodies are produced together in an additive manufacturing process.
  • the nozzle element and the base body can be produced using a casting process.
  • the transport channel is designed as a bore in the interior of the base body.
  • the hole can be made, for example, by means of drilling or milling or, when the base body is manufactured, using the casting process or using the additive method
  • the base body is designed to be rotationally symmetrical, with a central axis of the base body being designed parallel to the transport direction.
  • the base body has a cylindrical shape with a round, oval or polygonal base.
  • the normal of a base is, for example, formed parallel to the transport direction.
  • Transport channel along the central axis (axis of rotation) of the base body.
  • the transport channel is therefore in the center of the base body and extends in particular in a translatory manner.
  • the nozzle outlet and / or the second nozzle outlet are designed in such a way that the corresponding ionizable gas has a flow direction with a (directional) component that is radial to the central axis.
  • the direction parallel to the transport direction is defined as the axial direction.
  • the radial direction corresponds to a direction which is orthogonal to the axial direction and runs through the central axis or axis of rotation of the base body.
  • the circumferential direction is orthogonal to the axial direction and the radial direction.
  • the first or second nozzle outlet is specified in such a way that the ionizable gas flows into the interaction area at a certain angle relative to the transport direction.
  • the angle is defined, for example, between the direction of flow from the corresponding nozzle outlets on the one hand and the axial direction on the other.
  • an angle between the axial direction and the flow direction can be 20 ° to 80 °, in particular 30 °.
  • the nozzle outlets may be off-center, e.g. H. spaced from the central axis
  • Nozzle element are arranged. Due to the angled outflow of the ionizable or ionized gas through the corresponding
  • the ionizable or ionized gas flows in the direction of an apex on the central axis of the nozzle element or the base body outside the nozzle device in the process or interaction area in order to interact with the substance or the base material.
  • At least the first nozzle outlet or the second nozzle outlet is designed in such a way that the corresponding ionizable gas has a flow direction with a (directional) component rotating around the central axis.
  • the ionizable gas flowing out is thus given a rotating direction around the central axis. This can result in an improved reaction with the base material in the
  • the flow direction with a circumferential component can for example by means of a
  • fluid guide elements can be provided which are arranged after the corresponding ionizable gas has emerged and deflect it in a desired direction of rotation.
  • At least the first plasma channel or the second plasma channel is a bore in the interior of the
  • the hole can be made, for example, by means of drilling or milling, or it can be provided when the base body is manufactured using the casting process or additive manufacturing.
  • the first plasma channel and the second plasma channel can each
  • the first plasma channel and the second plasma channel can be at the same distance from the central axis of the main body.
  • the first plasma channel and the second plasma channel can be at the same distance from the central axis of the main body.
  • Plasma channel and the second plasma channel have different distances from the central axis.
  • At least the first plasma channel or the second plasma channel is an open groove along a
  • the open groove can be made in the base body by means of milling, for example.
  • the ionizable gas flows due to a directed inflow angle into the groove along the same groove.
  • the ionizable gas is easily accessible from the outside through the open groove, in particular for energy input into the electrode device.
  • the open groove is at least partially closed with a sleeve which can be plugged over the base body.
  • the sleeve can, so to speak, be pushed over the base body or pushed so that the sleeve rests on the surface of the base body.
  • the open grooves of the corresponding plasma channels can thus be closed.
  • the open groove can remain free of the sleeve and accordingly not be covered by it.
  • the sleeve can be plugged over the base body.
  • the base body has a further first plasma channel for guiding a further first
  • the further first plasma channel has a further first gas outlet and the further second plasma channel has a further second gas outlet, the further first plasma channel and the further second plasma channel in the base body between the first plasma channel and the second plasma channel on the one hand and the transport channel on the other hand are formed.
  • the first or second plasma channel is at a greater distance from the central axis of the main body compared to the further first and further second plasma channels.
  • the further first and further second plasma channels lie on the central axis and, correspondingly, the transport channel running along this and the first and second plasma channels further outward.
  • the nozzle element can be rotated relative to the base body.
  • the nozzle element can be rotatably mounted on the base body, for example by means of a slide bearing or a ball bearing.
  • the corresponding first nozzle outlet and the second nozzle outlet can be designed, for example, as an annular gap in the nozzle element.
  • the corresponding outlets of the plasma channels allow the ionizable gas flowing therein to flow into the annular gaps.
  • fluid guide elements can be provided in the annular gaps, so that the rotation of the gas element additionally generates a spin or a rotation of the ionizable gas flowing into the interaction area.
  • Nozzle device also has a, in particular disk-shaped, fluid guide element which is coupled to the nozzle element. Between the
  • annular control channel is formed which runs around the nozzle element.
  • the control channel is designed such that the control fluid can flow in or around the interaction area.
  • the control fluid is, for example, air, nitrogen or an inert gas.
  • the control fluid flows around or into the interaction area.
  • the control channel is designed in particular in such a way that the control fluid includes the ionizable gas flowing into the interaction area and the
  • the fluid pressure of the control fluid can be adjusted in a targeted manner.
  • the mass flow rate of the control fluids controls the local formation of the
  • Control fluids the further away the interaction area in which the apex of the ionized gas is present with the base material.
  • the fluid guiding element can control fluid with a radial
  • the control fluid can thus flow into the interaction area circumferentially with a radial flow. After a point of intersection of the control fluid on the central axis, it flows downstream with respect to the transport direction of the interaction area outwards from the central axis and forms an outwardly directed flow cone. This means that larger particles (coarse particles) are carried further outwards with respect to the central axis than smaller particles (small particles). Correspondingly, along the transport direction, there are smaller particles in the center around the central axis and correspondingly larger particles at a greater distance from the central axis.
  • corresponding sizes of the particles can be set.
  • the separation between the coarse particles and the small particles is achieved in particular due to different physical conditions with regard to the different sizes of the particles, such as in particular the inertia or gravity, the flow resistance and the conservation of momentum.
  • an open hollow cylinder Downstream outside of the interaction area, for example, an open hollow cylinder can be installed as a separation tube with a central axis which is coaxial to the central axis.
  • the smaller fine particles flow into the interior of the hollow cylinder and the coarse particles flow past outside the hollow cylinder.
  • a container for collecting the small particles can accordingly be arranged at the downstream end of the separation tube while the coarse particles surrounding the separation tube are collected in a further container.
  • the fluid guide element can be provided with a circulation, i. H. with a directional component in the circumferential direction in the
  • the fluid guide element can be attached to the nozzle element or the base body, for example, by means of a welded connection. Furthermore, the fluid guide element can be formed integrally with the base body or the nozzle element. The fluid guide extends perpendicular to the
  • the fluid guide element is correspondingly designed in the form of a disk.
  • Fluid guide element can be manufactured additively, for example.
  • the fluid guide element is fastened to the nozzle element by means of connecting webs.
  • a corresponding gap is formed between the connecting webs, through which the control fluid can flow into the interaction area.
  • the fluid guide element is designed in the form of a disk as described above, the center of the disk-shaped fluid guide element lying on the central axis of the nozzle element.
  • An extension of the fluid guide element perpendicular to the central axis is greater than the extension along the central axis.
  • the fluid guide element forms a rotationally symmetrical body with the central axis of the base body and / or of the nozzle element.
  • the fluid-guiding element has fluid-guiding webs for guiding the control fluid in the direction of the control channel.
  • the fluid guide webs form elevations along the surface of the fluid guide element.
  • the fluid webs can be parallel along the
  • the fluid guide webs can be a
  • Nozzle device on a nozzle housing with an outlet opening, wherein the base body and the nozzle element are arranged in the nozzle housing such that one end of the further transport channel, the first nozzle outlet and the second nozzle outlet are in the outlet opening and the
  • the outlet opening is passed through the ionizable gas and the base material along the direction of transport, so that the interaction area and, accordingly, the apex is outside the housing.
  • the nozzle housing has a coupling connection for the electrode device, the coupling connection providing access to the first plasma channel and / or the second plasma channel.
  • the electrode device can be connected to the coupling connection by means of a
  • the coupling connection provides an opening in the housing so that direct access to the corresponding first or second plasma channel is possible.
  • Nozzle housing a plasma gas inlet for coupling to a first Gas reservoir, wherein the plasma gas inlet is coupled to at least the first plasma channel.
  • Nozzle housing has a further plasma gas inlet for coupling to a second gas reservoir, the further plasma gas inlet being coupled to the second plasma channel.
  • Nozzle housing a further input for coupling to another
  • Fluid reservoir on, the further inlet allowing the control fluid to flow in, so that this along the transport direction in the direction
  • Fluid guiding element flows.
  • a system for chemically and / or physically treating a base material, e.g. B. to generate chemical and / or physical processes on the base material, such as. B. for generating or recycling a powder from a substance or a base material.
  • the system has the nozzle device described above and a housing for receiving the nozzle device.
  • the nozzle device is coupled to the housing in such a way that the interaction area is present in the housing.
  • the base material can be brought together with the ionized plasma gas in the interaction area, so that chemical reactions or physical interactions are generated there under high temperature and pressure. Furthermore, the ionized
  • Plasma gases are the base material, such as a solid body, e.g. B. wire, to generate fine-dust powder from the base material.
  • the housing has an inner volume in which the process or interaction area is present. The interaction area is thus protected from external influences. Furthermore, the housing can be filled with inert gas in order to influence contamination of the reaction components in the reaction space. When used as a powder generation system, the housing can also serve as a collecting basin and / or as a separator for the powder generated.
  • the housing can, for example, be designed to be rotationally symmetrical.
  • a central axis of the housing can be formed parallel to the transport direction.
  • the housing has a hollow cylindrical shape with a round, oval or polygonal base.
  • the normal of a base is, for example, formed parallel to the transport direction.
  • the housing is designed such that the center line of the housing is coaxial with the center line of the nozzle element or the
  • Base body is.
  • the housing can for example have a flange to which the nozzle device can be attached.
  • the nozzle housing or the fluid guide element can serve as a fastening element with the housing.
  • the housing and the nozzle device can be produced integrally and in one piece, for example by means of additive manufacturing.
  • the housing serves as a flow body and contains a
  • the nozzle element which accordingly contains the openings of the further transport channel and the nozzle outlets, is fastened to an end opposite the transport direction.
  • the nozzle device thus forms a nozzle base of the flow body.
  • the nozzle base can have one, two or more nozzle devices.
  • the housing has a fluid channel which extends away from the nozzle device along the transport direction.
  • the fluid channel can, for example, as
  • the hollow cylindrical tube can be formed inside the housing.
  • the process or interaction area is formed in the fluid channel.
  • the fluid channel can be surrounded, for example, with a cooling medium such as cooling air in order to cool it.
  • the fluid channel can, for example, as
  • Cooling channel can be used.
  • the cooling channel has a jacket surface (of the hollow cylindrical tube) with cooling openings which are designed such that a cooling medium can flow into the cooling space or cooling channel from the vicinity of the jacket surface.
  • Cooling openings can be formed, for example, by means of bores.
  • the cooling openings also each form spaced-apart slots, which in
  • At least one of the cooling openings is designed such that the cooling medium with a
  • Component can flow in in the direction of transport.
  • the cooling medium does not flow purely radially in the direction of the center line but also with an axial component in the direction of the transport direction.
  • the reaction product for example the fine-grain powder
  • the cooling medium is transported away by means of the cooling medium along the transport direction.
  • At least one of the cooling openings is designed such that the cooling medium with a
  • Component can flow in in the circumferential direction.
  • the cooling medium does not flow purely radially towards the center line but also with a Circumferential component around the direction of transport.
  • reaction product for example the fine-grained powder
  • the cooling medium in rotation around the central axis or the transport direction. It works through this circulating flow
  • the cooling channel with the complex cooling channel geometry can in particular be produced by means of additive manufacturing processes.
  • the cooling channel has a fastening area with the nozzle element, in which
  • Attachment area is the interaction area.
  • the cooling channel has an increasing inner diameter in the fastening area along the transport direction.
  • the cooling channel from the interface with the nozzle device has a funnel shape in the transport direction.
  • the cooling channel merges into a hollow cylindrical shape, for example. Due to the funnel shape that will
  • Transport direction is conveyed, relaxed, so that desired
  • the cooling channel is arranged at a distance from an outer wall of the housing in such a way that a supply channel for the cooling medium can be provided.
  • the supply channel is formed in an intermediate area between the housing and the cooling channel.
  • the cooling medium thus cools the jacket surface of the cooling channel before it enters the cooling channel.
  • a flow straightener is arranged in the supply channel, which is designed to allow a cooling medium to flow into the supply channel in a laminar manner.
  • the flow straightener has a plurality of those, for example
  • the flow straightener consists, for example, of a hollow cylinder, the cooling channel being passed through an inner opening.
  • the cooling channel In its outer surface, the
  • the flow channels have a channel length that is at least 10 times longer than their diameter. This ensures that the cooling medium is directed in a laminar manner.
  • the housing and / or the nozzle element has a deflecting element for the cooling medium, the deflecting element being formed in the supply channel or protruding into it.
  • the deflecting element is designed such that the
  • Cooling medium in the supply channel can be deflected from a flow direction with a component counter to the transport direction in a flow direction with a component along the transport direction.
  • the deflecting element is, for example, a flat, disk-like element, the surface facing in the direction of transport being curved or bent in order to deflect a deflection of the cooling medium flowing counter to the direction of transport by approx. 100 ° to 180 °.
  • the cooling medium After the deflection, the cooling medium has a flow direction in
  • Transport direction in particular with a radial directional component. After the cooling medium has been deflected, it can flow into the cooling channel through the openings, for example.
  • the deflecting element can for example be attached to one end of the housing, to which end the nozzle device is attached.
  • Deflecting element has at least one cooling medium guide web (i.e. fluid guide web) which runs along a radial direction.
  • the cooling medium is thus guided and diverted in the radial direction.
  • the cooling medium guide web extends in particular from the disk-shaped deflecting element in the transport direction in order to thus form corresponding guide channels.
  • the cooling medium guide web can in particular be a directional component in
  • the fluid guide webs can initially run radially and then parallel to the transport direction. Furthermore, the fluid guide webs can have a directional component along the circumferential direction, so that a spin or a rotation of the cooling medium is generated about the center line. Furthermore, the surface of the fluid guide element of the nozzle device, which surface is directed in the transport direction and forms with the cooling channel, can function as a deflecting element.
  • the system has a separation tube which is arranged along the central axis within the cooling channel.
  • the separation tube has an inner channel through which first particles can be removed along the transport direction.
  • An outer channel is formed between the jacket surface and the separation tube, through which second particles can be removed along the transport direction.
  • the separation tube has an annular channel for a transport fluid which extends along the transport direction.
  • the annular channel has at least one inner opening through which the transport fluid can flow into the inner channel in the direction of flow.
  • the inner opening is designed in particular such that the transport fluid with a directional component in
  • the ring channel has a connection for the inflow of the transport fluid against the
  • a transport fluid can be introduced into the annular channel.
  • the ring channel forms an axial end opposite to the transport direction in such a way that the
  • Transport fluid can flow into the cooling channel counter to the transport direction.
  • the annular channel has at least one outer opening through which the transport fluid enters
  • the direction of flow can flow into the outer channel, the outer opening being designed in particular such that the transport fluid can flow in with a directional component in the circumferential direction.
  • the separation tube thus protrudes against the transport direction in the
  • the separation pipe or the immersion pipe can be used as a double jacket Hollow body, for example a cylindrical shape (double jacket tube), be designed to form the annular channel.
  • the transport fluid flows, for example, against the
  • Deflection element which due to its angled or curved surface deflects the transport fluid, can be designed with at least one component opening (control opening or control slot) running radially inwards or radially outwards.
  • the transport fluid does not flow purely in the transport direction through the jacket surface of the separation tube into the cooling channel or into the inner channel of the separation tube.
  • the immersion tube can be funnel-shaped at the end opposite to the transport direction and / or control slots opposite to the
  • Connecting elements in the hollow body or the annular channel, which connect the deflecting element to the hollow body, can be designed as separator medium guide webs.
  • Separator medium guide webs can be directed radially parallel to the transport direction. Alternatively, they can have a directional component along the circumferential direction so that a spin or rotation of the
  • Separator control fluid can be introduced around the center line.
  • a separation effect of the reaction material can be controlled via geometric relationships such as, for example, separation tube position, separation tube length, separation tube diameter, control slot size, control slot angle, number of control slots, and / or the choice of parameters for separator control fluid such as pressure, mass flow rate.
  • the powder in an application for powder production, for example, the powder can be separated into two or more fractions (particle sizes).
  • the separation tube is manufactured, for example, from individual elements by connecting, for example, screws, or integrally, in one piece, by a casting process or, in particular, by an additive one
  • the separation tube is coupled to the housing by a holding device, which consists for example of webs or a flange.
  • the housing and the separation tube can be manufactured integrally in one piece, for example by a casting process or in particular by additive manufacturing.
  • guide bars are used as a support structure.
  • Embodiments can be combined with one another in a suitable manner, so that for the person skilled in the art, with the embodiment variants explicitly shown here, a large number of different embodiments are to be seen as obviously disclosed. In particular, some embodiments of the invention are included
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a system for producing a powder from a base material according to an exemplary embodiment of the present invention, with the section in the transition between the nozzle device and the housing being shown in particular.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of the system from FIG. 1.
  • FIG 3 shows a schematic representation of a nozzle device with a nozzle housing according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIGS. 4 and 5 show a schematic illustration of a nozzle device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 and 7 show top views of a nozzle device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • Fig. 8 shows a schematic representation of a nozzle device
  • Fig. 9 shows a schematic representation of a nozzle device
  • FIG. 10 shows a schematic illustration of a cooling medium guide web of a deflecting element according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 shows a schematic illustration of a separation tube in a cooling channel according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 shows a schematic sectional illustration of the separation tube from FIG. 11.
  • FIG. 1 and 2 show a system for producing a powder from a base material 101 according to an exemplary embodiment of the present invention, in FIG. 1 in particular the section in
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of the system from FIG. 1.
  • the system assigns the nozzle device 100 and the housing 130
  • the nozzle device 100 is coupled to the housing 130 in such a way that an interaction region 103 is present in the housing 130.
  • the nozzle device 100 serves to bring together an ionizable gas 102, 105 and a base material 101 in the interaction area 103.
  • the nozzle device 100 initially has a base body 110, which has a transport channel 111 for guiding the base material 101 along a transport direction 106 to an end region 114 of the
  • the base body 110 also has a first
  • Plasma channel 112 for guiding the first ionizable gas 102 along the transport direction 106 and a second plasma channel 113 (which is spaced from the first plasma channel 112) for guiding the second
  • the first plasma channel 112 has a first gas outlet and the second plasma channel 113 has a second gas outlet.
  • the base body 110 also has a coupling area 115 or a
  • Electron jacket 307 for an electrode device 150 such that the first ionizable gas 102 in the first plasma channel 112 and the second ionizable gas 105 in the second plasma channel 105 are ionizable.
  • the nozzle device 100 has a nozzle element 120 which is coupled to the base body 110 at the end region 114 of the latter.
  • the nozzle element 120 has a further transport channel 121 which is coupled to the transport channel 111 in such a way that the base material 101 moves from the base body 110 into the interaction area 103 outside the
  • Nozzle element 120 can be transferred along the transport direction 106. Furthermore, the nozzle element 120 has a first nozzle outlet 122 which is coupled to the first plasma channel 112 and a second nozzle outlet 123 which is coupled to the second plasma channel 113.
  • the first nozzle outlet 122 for guiding the first ionizable gas 102 and the second nozzle outlet 123 for guiding the second ionizable gas 105 are designed in such a way that the first ionizable gas 102 and the second ionizable gas 105 can flow into the interaction region 103 for reaction with the base material 101.
  • the base material 101 is for example a solid such as a wire, for example a copper wire, aluminum wire, nickel wire, titanium wire or a tungsten wire.
  • a ionizable gas 102, 105 which in a charged state as a plasma gas on the base material 101 in the
  • Interaction region 103 meets, for example, an inert gas or argon (Ar) can be used.
  • the base body 110 has a cylindrical pin shape.
  • the base body 110 is in particular formed integrally and in one piece and has the
  • Transport channel 111 the first plasma channel 112 and the second
  • Plasma channel 113 on.
  • several plasma channels 112, 113 and the at least one transport channel 111 run in an integral one-piece base body.
  • One and the same ionizable gas or a multiplicity of different ionizable gases can be carried through the plasma channels 112, 113.
  • the transport direction 106 defines in particular the propulsion or the
  • the base body 110 has the coupling area 115 for the
  • Electrode device 150 The electrode device 150 can be attached to the base body 110 directly or indirectly, e.g. on a
  • Nozzle housing 140 are attached and provide an energy input into the corresponding first and / or second plasma channel 112, 113.
  • the nozzle element 120 consists of a solid material with a high temperature resistance.
  • the nozzle element 120 is fastened to the end region 114 of the base body 110.
  • the transport channel 111 is with the further transport channel 121, the first nozzle outlet 122 is with the first
  • Plasma channel 113 are coupled.
  • the first and / or the second nozzle outlet 122, 123 have tapering channels and accordingly have the smallest cross section at the exit in the direction of the interaction area 103.
  • the nozzle outlets 122, 123 are designed in such a way that the correspondingly ionized gas 102, 103 flows into the interaction region 103.
  • the further transport channel 121 is designed accordingly that the
  • Base material 101 is passed through and protrudes into the interaction area 103.
  • the first nozzle outlet 122 and the second nozzle outlet 123 are designed in particular such that the first ionizable gas 102 and the second ionizable gas 105 are at an apex in the
  • the further transport channel 121 is
  • the interaction area 103 lies outside the nozzle element 120 in the transport direction 106.
  • the reaction between the base material and the ionizable or ionized gas takes place in the interaction area.
  • the base material 101 can be automated and melted into small, in particular spherical drops.
  • the drops show
  • the melted droplets can be solidified into small particles, so that an extremely fine-grained powder, which is necessary for additive manufacturing, for example, is provided.
  • the housing 130 has an internal volume in which the
  • Interaction area 103 is present.
  • the interaction area 103 is thus protected from external influences.
  • the housing 130 is designed to be rotationally symmetrical.
  • a central axis 104 of the housing 130 is formed parallel to the transport direction 106.
  • the housing 130 has a hollow cylindrical shape.
  • the center line 104 of the housing 130 is coaxial with the center line 104 of the nozzle element 120 or of the base body 110.
  • the housing 130 has a flange to which the nozzle device 100 is attached.
  • the transport channel 111 is designed as a bore in the interior of the base body 110.
  • the base body is designed to be rotationally symmetrical, with a central axis 104 of the base body 110 being parallel to the transport direction 106.
  • the transport channel 111 runs along the central axis (axis of rotation) 104 of the base body 110.
  • the transport channel 111 is therefore in the center of the base body 110 and extends in particular in a translatory manner.
  • the first nozzle outlet 122 and the second nozzle outlet 123 are designed such that the corresponding ionized gas has a flow direction with a (directional) component that is radial to the central axis 104.
  • the direction parallel to the transport direction 106 is defined as the axial direction.
  • the radial direction 107 corresponds to a direction which is formed orthogonal to the axial direction and runs through the center line 104 or axis of rotation of the base body 110.
  • the direction of rotation 108 is orthogonal to the axial direction and the radial direction 107.
  • the ionized gas (i.e. the plasma gas) is flowed into the interaction region 103 at a certain angle ⁇ (see FIG. 8) relative to the transport direction 106.
  • the angle ⁇ is defined between the direction of flow from the corresponding nozzle outlets 122, 123 on the one hand and the axial direction on the other. Due to the angled outflow of the ionized gas 102, 105 through the corresponding nozzle outlets 122, 123, the ionized gas 102, 105 flows in the direction of an apex 800 (see FIG. 8) on the central axis 104 in the interaction area 103 in order to react with the base material 101 .
  • the first nozzle outlet 122 or the second nozzle outlet 123 can furthermore be designed in such a way that the corresponding ionized gas 102, 105 has a flow direction with a (directional) component that encircles the central axis 104, i. H. in the circumferential direction 108 has.
  • the outflowing ionized gas 102, 105 is thus given a rotating direction in
  • Circumferential direction 108 about central axis 104 Circumferential direction 108 about central axis 104.
  • the first plasma channel 112 and the second plasma channel 113 are each formed at a distance from the central axis 104 of the base body 110.
  • the nozzle device 100 also has a, in particular disk-shaped, fluid guide element 124, which is coupled to the nozzle element 120.
  • An annular control channel 127 which runs around the nozzle element 120, is formed between the fluid guide element 124 and the nozzle element 120.
  • the control channel 127 is designed such that control fluid 125, for. B. cooling inert gas or cooling air, in or around the interaction area 103 can flow.
  • the control channel 124 is designed in particular in such a way that the control fluid 125 envelops the ionized gas 102, 105 flowing into the interaction region 103 and the base material 101.
  • the fluid pressure of the control fluid 125 is adjustable, e.g. B. by means of an appropriate pump device.
  • the level of pressure and / or the speed of the control fluid 125 controls the local formation of the interaction area 103 or the apex 800 along the transport direction 106.
  • Vertex 800 of the ionized gas with the base material 101 is formed.
  • the fluid guide element 124 can control fluid 125 with a radial
  • control fluid 125 can circumferentially with a radial flow in the
  • Interaction area 103 are flowed in. After a point of intersection of the control fluid 125 on the central axis 104, it flows downstream with respect to the transport direction 106 from the interaction area 103 outwards from the central axis 104 and forms an outwardly directed flow cone. As a result, larger particles (coarse particles 143) are carried further outwards with respect to the central axis 104 than smaller particles (fine particles 142). Accordingly, are located along the
  • Transport direction 106 in the center around the central axis 104 smaller particles 142 and at a greater distance from the central axis 104 correspondingly larger particles 143.
  • the fluid guide element 124 extends perpendicular to the transport direction 106 or to the center line 104, wherein it has a small thickness.
  • Fluid guide element 124 is correspondingly designed in the form of a disk.
  • the housing 130 has a cooling channel 131 which extends from the
  • the nozzle device 100 extends along the transport direction 106.
  • the cooling channel 131 is formed, for example, as a hollow cylindrical tube in the interior of the housing 130.
  • the interaction region 103 is formed in the cooling channel 131.
  • the cooling channel 131 is surrounded by a cooling air or cooling medium 134.
  • the cooling channel 131 has a jacket surface 132 (of the hollow cylindrical tube) with cooling openings 133 which are designed such that the
  • Cooling medium 134 can flow into the cooling space from the surroundings of the lateral surface 132.
  • the cooling openings 133 are spaced apart slots or
  • Openings which are formed in the circumferential direction 108 and spaced apart from one another in the axial direction 106 in the jacket surface 132.
  • the cooling openings 133 are designed in such a way that the cooling medium 134 with one component can flow in in the direction of the transport direction 106. Thus, after the interaction area 103 becomes the reaction product
  • the cooling openings 133 are designed in such a way that the cooling medium 134 with one component can flow in in the circumferential direction 108.
  • the cooling medium 134 does not flow purely radially in the direction of the center line 104 but also with a peripheral component 108.
  • the reaction product for example the fine-grained powder
  • the cooling medium 133 see spiral arrows
  • a centrifugal force acts on the particles in the reaction product, as a result of which larger particles 143 with a higher mass settle out more quickly than smaller particles 142 with a smaller mass.
  • a separation between coarse and finer particles 142, 143 of the reaction product can be carried out.
  • a separation tube 141 can be provided which is arranged along the central axis 104 within the cooling channel 131.
  • the fine particles 142 can be discharged inside the separation pipe 141, while the coarse particles 143 are discharged outside the separation pipe 141.
  • Hollow cylinder installed as a separation pipe 141 with a central axis which is coaxial with the central axis 104.
  • the smaller fine particles 142 flow into the interior of the hollow cylinder and the coarse particles 143 flow past outside the hollow cylinder.
  • a container for collecting the small particles 142 can correspondingly
  • Coarse particles 143 surrounding the separation pipe 141 are collected.
  • fluid guide element 124 can, as described below, with a
  • Circulation, d. H. flow with a directional component in the circumferential direction into the interaction area 103.
  • the cooling channel 131 has a fastening area 135 with the
  • Nozzle element 100 wherein in the fastening area 135
  • the cooling channel 131 has in the
  • the cooling channel 131 merges into a hollow cylindrical shape, for example. Due to the funnel shape that will
  • Reaction product which from the cooling medium 134 along the
  • Transport direction 106 is conveyed relaxed.
  • the cooling channel 131 is arranged at a distance from an outer wall 136 of the housing 130 such that a supply channel 137 can be provided for the cooling medium 134.
  • the housing 130 and / or the nozzle element 120 or the fluid guide element 124 has a deflection element 138 for the
  • Cooling medium 134 the deflecting element 138 being formed in the supply channel 137 or protruding into it.
  • the deflecting element 138 is designed in such a way that the cooling medium 134 in the supply channel 137 flows from a direction of flow with a component opposite to the
  • Transport direction 106 can be deflected in a flow direction with a component along the transport direction 106.
  • the deflecting element 138 is, for example, a flat, disk-like element, the surface directed in the transport direction 106 being curved in order to thereby deflect the cooling medium 134. After the deflection of the cooling medium 134, this can, for example, by the
  • Cooling openings 133 flow into the cooling channel 131.
  • the deflecting element 138 has, in particular, a cooling medium guide web 139 (i.e. fluid guide web), which deflects the cooling medium 134 more effectively.
  • the surface of the fluid guide element 124 of the nozzle device 100 which surface is directed in the transport direction 106 and forms with the cooling channel 131, functions as a deflecting element 138 in the exemplary embodiment.
  • a flow straightener 201 is arranged, which is set up, the cooling medium 134 in the laminar
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a nozzle device 100 with a nozzle housing 300 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the nozzle device 100 is arranged within the nozzle housing 300 and, for example, fastened to the latter via the deflecting element 138.
  • the nozzle housing 300 In the interior of the nozzle housing there is an electrode jacket 307 of the nozzle device 100 parallel to the central axis 104, in which the
  • Nozzle device 100 in particular with its pin-like base body 110, can be inserted.
  • the coupling area 115 for an electrode device is located in the electrode jacket 307.
  • the electrode device conducts high-frequency radiation in the direction via the coupling connection 302
  • Nozzle device 100 is a Nozzle device 100.
  • the nozzle housing 300 also has a plasma gas inlet 303 for the first ionizable gas 102 and optionally a plasma gas inlet 304 for a second ionizable gas 103. Furthermore, the base material 101 can be introduced into the transport channel 111 via a coupling area 306. The ionizable gas 102, 103 is thus passed between the electrode jacket 307 and the plasma channels 112, 113 and by means of the
  • Electrode device ionized.
  • a control fluid 125 can flow in via the fluid inlet 305, which control fluid is guided on the fluid guide element 124 in the direction of the interaction region 103.
  • FIGS. 4 and 5 show a schematic representation of a
  • FIG. 4 shows a view of the nozzle device 100 downstream of the transport direction 106 and
  • FIG. 5 shows a view of the
  • Nozzle device 100 upstream of the transport direction 106.
  • the first plasma channel 112 and the second plasma channel 113 are formed as an open groove 402 along a surface of the base body 110.
  • the open groove 402 can be made in the base body 110 by means of milling, for example.
  • the ionizable gas 102, 105 flows due to a directed inflow angle into the groove 402 along the same groove 402.
  • the ionizable gas 102, 105 is good from the outside through the open groove 402
  • the base body 110 has three plasma channels 112, 113, 112 ', which are distributed constantly along the surface in the circumferential direction. Accordingly, 3
  • Plasma jets are flowed into the interaction area 103.
  • the open groove 402 is at least partially closed with a sleeve 403 which can be plugged over the base body 110.
  • the sleeve 403 can, so to speak, be pushed over the base body, so that the sleeve 403 on the
  • Electrode device 150, the open groove 402 can remain free of the sleeve 403.
  • the fluid guide element 124 is disk-shaped, the center point of the disk-shaped fluid guide element 124 lying on the central axis 104 of the nozzle element 120.
  • the fluid guide element 124 is by means of
  • a corresponding gap is formed as a control channel 127 between the connecting webs 401, through which the control fluid 125 can flow into the interaction area 103.
  • the fluid guiding element 124 also has fluid guiding webs 126 for guiding the control fluid 125 in the direction of the control channel 127.
  • the fluid guiding webs 126 form Elevations along the surface of the fluid guide element 124.
  • the fluid webs 126 with directional components run parallel and radially to the transport direction 106.
  • the fluid guide element 124 has a funnel-shaped and convexly curved surface on the side facing away in the transport direction 106 with respect to the interaction region 103, the regions in the center of the fluid guide element 124 being further in the transport direction 106 than the edge regions of the
  • Fluid guide element 124
  • the fluid guide element 124 has a concave, curved surface. This curved surface can act, for example, as a deflection surface or deflection element 138 for the cooling medium 134.
  • FIGS. 6 and 7 show top views of a nozzle device 100 according to an exemplary embodiment.
  • nozzle outlets 122, 123 are shown, which one
  • the nozzle element 120 is coupled to the fluid guide element 124 by the connecting webs.
  • Fig. 7 also shows a rotatable element 701, which three in
  • the rotatable element 701 can
  • the nozzle element 120 can be rotatable relative to the base body 110.
  • the nozzle element 120 can, for example, be mounted in a rotating manner on the base body 110 by means of a slide bearing or a ball bearing.
  • the corresponding first nozzle outlet 122 and the second nozzle outlet 123 can for example be designed as an annular gap in the nozzle element 120 (see FIG. 6).
  • Fluid guide elements can also be provided in the annular gap so that the rotation of the ionizable gases 102, 105 additionally generates a spin or a rotation of the ionizable gas 102, 105 flowing into the interaction area.
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of a nozzle device 100 with flow paths of two ionizable gases 102, 105 and one
  • the nozzle device 100 has the base body 110 and the nozzle element 120.
  • the transport channel 111 and the further transport channel 121 are formed coaxially along the center line 104.
  • the main body 110 also has the first plasma channel 112 for guiding the first ionizable gas 102 along the transport direction 106 and a second plasma channel 113
  • the base body 110 also has a coupling area 115 and a
  • Electrode jacket 307 for an electrode device 150 such that the first ionizable gas 102 in the first plasma channel 112 and the second ionizable gas 105 in the second plasma channel 105 are ionizable.
  • the nozzle element 120 has a first nozzle outlet 122, which is coupled to the first plasma channel 112, and a second nozzle outlet 123, which is coupled to the second plasma channel 113.
  • the first nozzle outlet 122 for guiding the first ionizable gas 102 and the second nozzle outlet 123 for guiding the second ionizable gas 105 are designed such that the first ionizable gas 102 and the second ionizable gas 103 can flow into the interaction region 103 for reaction with the base material 101.
  • the ionized gas 102, 105 (i.e. the plasma gas) flows into the interaction region 103 at a certain angle ⁇ relative to the transport direction 106.
  • the angle ⁇ is defined between the direction of flow from the corresponding nozzle outlets 122, 123 on the one hand and the axial direction on the other. Due to the angled outflow of the ionized gas 102, 105 through the corresponding nozzle outlets 122, 123, the ionized gas 102, 105 flows in the direction of an apex 800 on the
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of a nozzle device 100 with the direction of flow of four ionizable gases 102, 102 ′, 105, 105 ′ and a base material 101.
  • the base body has a further first plasma channel 901 for guiding a further first
  • Plasma channel 112 is spaced apart, for guiding a further second ionizable gas 105 'along the transport direction 105.
  • nozzle outlets 122 ', 123' is the ionizable gas 102 '
  • the nozzle outlets 122 ', 123' have a smaller, flatter angle a 'than the nozzle outlets 122,
  • FIG. 10 shows a schematic representation of a cooling medium guide web 139 of a deflecting element 138 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the deflecting element 138 has at least one cooling medium guide web 139 (ie fluid guide web), which along a radial direction 107 in the direction
  • the cooling medium 134 is thus guided and diverted in the radial direction 107.
  • the cooling medium guide web 139 extends
  • cooling medium guide web 139 can in particular be a
  • the deflecting element 138 can also be connected to the housing 130 by the
  • Cooling medium guide webs 139 be connected.
  • the cooling medium guide web 139 can run up to the end of the cooling openings 133, which is the beginning of the cooling channel 131.
  • cooling medium guide webs 139 run, for example, parallel and radially to the transport direction 106.
  • FIG. 11 shows a schematic illustration of a separation pipe 141 in a cooling channel 131 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 shows a schematic sectional illustration of the separation tube from FIG. 11.
  • the separation tube 141 has an inner channel 1106 through which first particles 142 along the
  • Transport direction 106 can be removed.
  • An outer channel 1107 through which second particles 143 can be removed along the transport direction 106 is formed between the jacket surface 132 and the separation tube 141.
  • the separation tube 141 has an annular channel 1101 for a transport fluid 1104, which extends along the transport direction 106.
  • the annular channel 1101 has at least one inner opening 1103, through which the transport fluid 1104 can flow into the inner channel 1106 in the direction of flow.
  • the inner opening 1103 is designed in particular such that the transport fluid 1104 with a directional component in
  • Circumferential direction 108 can flow in.
  • a suction effect is thus generated into the interior of the separation tube 141, so that smaller particles 142 can be sucked into the separation tube 141 after the interaction region 103.
  • the transport fluid 1104 can flow in in the tangential direction inside the separation tube 141.
  • the annular channel 1101 has a connection for the inflow of the transport fluid
  • a transport fluid can be introduced into the annular channel at one end of the housing 130 opposite the nozzle device 100.
  • the annular channel 1101 has at least one outer opening 1102 through which the transport fluid 1104 can flow into the outer channel 1107 in the flow direction 106, the outer opening 1102 being designed in particular such that the transport fluid 1104 with a
  • Directional component can flow in in the circumferential direction 108.
  • the separation tube 141 thus protrudes against the transport direction 106 into the cooling channel 131.
  • the separation tube 14 or the immersion tube can be a double-walled hollow body, for example a cylindrical shape
  • At least one deflection element which deflects the transport fluid 1104 due to its angled or curved surface, can be designed with at least one component opening (control opening or control slot) running radially inward or radially outward.
  • component opening control opening or control slot

Abstract

The present invention relates to a nozzle device (100) for combining an ionizable gas (102, 105) and a base material (101) in an interaction region (103). The nozzle device (100) has a main body (110) which has a transport duct (111) for guiding a base material (101) along a transport direction (106) to an end region (114) of the main body (110). The main body (110) has a first plasma duct (112) for guiding a first ionizable gas (102) along the transport direction (106) and a second plasma duct (113) for guiding a second ionizable gas (105) along the transport direction (106). The main body (110) has a securing region (135) for an electrode device (150), in such a way that the first ionizable gas (102) can be ionized in the first plasma duct (112) and the second ionizable gas (105) can be ionized in the second plasma duct (113). A nozzle element (120) is coupled to the end region (114) of the main body (110), the nozzle element (120) having a corresponding transport duct (111) and corresponding nozzle outlets (122, 123) for guiding the corresponding ionizable gases (102, 105) in such a way that the ionizable gases (102, 105) can flow into the interaction region (103) in order to react with the base material (101).

Description

Plasmadüse und Plasmavorrichtung Plasma nozzle and plasma device
Technisches Gebiet Technical area
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Düsenvorrichtung und ein Verfahren zur Zusammenführung von ionisierbaren Gasen und von Substanzen bzw. The present invention relates to a nozzle device and a method for bringing together ionizable gases and substances or
Grundmaterial in einem Vorgangsbereich bzw. Interaktionsbereich. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein System zum Erzeugen von chemischen und/oder physikalischen Vorgängen wie zum Erzeugen oder Recyceln eines Pulvers aus einer Substanz. Basic material in an activity area or interaction area. The present invention also relates to a system for generating chemical and / or physical processes such as generating or recycling a powder from a substance.
Hintergrund der Erfindung Background of the invention
Komplexe Bauteile, insbesondere in der Kleinteilefertigung und in der Complex components, especially in small parts production and in
Prototypenfertigung, werden mehr und mehr mittels additiver Prototype production is becoming more and more additive
Fertigungsverfahren hergestellt. Mittels additiver Fertigungsverfahren wird beispielsweise ein Material Schicht für Schicht aufgetragen und so werden dreidimensionale komplexe Bauteile erzeugt. Dabei erfolgt der schichtweise Aufbau computergesteuert aus einem oder mehreren flüssigen oder festen, insbesondere pulverförmigen, Werkstoffen. Beim Aufbau finden physikalische und chemische Vorgänge für den Umschmelz- und Aushärteprozess statt. Typische Werkstoffe für das 3D-Drucken sind Kunststoffe, Kunstharze, Manufacturing process manufactured. Using additive manufacturing processes, for example, a material is applied layer by layer, creating complex three-dimensional components. The layer-wise build-up is computer-controlled from one or more liquid or solid, in particular powdery, materials. During the construction, physical and chemical processes for the remelting and hardening process take place. Typical materials for 3D printing are plastics, synthetic resins,
Keramiken und Metalle. Inzwischen sind auch Carbon- und Graphitmaterialien für additive Herstellverfahren entwickelt worden. Ceramics and metals. In the meantime, carbon and graphite materials have also been developed for additive manufacturing processes.
Für additive Herstellverfahren ist es notwendig, Pulver als Grundmaterial bereitzustellen, wobei die Partikel des Pulvers homogen sein sollen. For additive manufacturing processes it is necessary to provide powder as the base material, with the particles of the powder being homogeneous.
Insbesondere ist es ein Anliegen, die Partikel des Pulvers klein zu gestalten, um filigrane Bauteile mit glatten Oberflächen mittels additiver Fertigung herzustellen. In particular, it is a concern to make the particles of the powder small, to produce filigree components with smooth surfaces using additive manufacturing.
Um feine Pulver aus einer Substanz bzw. Grundmaterial herzustellen, ist es bekannt plasmabasierende Prozesse einzusetzen. Bei einem In order to produce fine powder from a substance or base material, it is known to use plasma-based processes. At a
Plasmazerstäubungsprozess wird das Grundmaterial mittels eines ionisierten Plasmastrahls geschmolzen und zerstäubt. Die mit dem Plasma atomization process, the base material is melted and atomized by means of an ionized plasma jet. The one with the
Plasmazerstäubungsprozess hergestellten einzelnen Pulverpartikel sind äußerst homogen und sphärolithisch ausgebildet. Individual powder particles produced by the plasma atomization process are extremely homogeneous and spherulitic.
Die so hergestellten sphärolithischen Pulverpartikel können im Anschluss beispielsweise für die additive Fertigung genutzt werden oder zur weiteren Verwendung als Reaktionspartner mit anderen Materialien verwendet werden. The spherulitic powder particles produced in this way can then be used, for example, for additive manufacturing or for further use as reactants with other materials.
US 5,707,419 A offenbart eine Kühlkammer, in welcher drei Plasmabrenner angekoppelt sind, um entsprechende Plasmastrahlen in einem Scheitelpunkt im Inneren der Kühlkammer zu kreuzen. In diesem Scheitelpunkt wird ein Draht von einer Drahtwende eingebracht werden, damit dieser in dem US Pat. No. 5,707,419 A discloses a cooling chamber in which three plasma torches are coupled in order to cross corresponding plasma jets at a vertex in the interior of the cooling chamber. In this vertex a wire will be inserted from a wire turn so that it can be in the
Scheitelpunkt geschmolzen wird. Vertex is melted.
Neben der Herstellung von entsprechenden Pulvermaterialien kann mittels Plasmastrahlen ebenfalls allgemein ein chemischer und/oder physikalischer Vorgang zwischen Substanzen herbeigeführt werden. In addition to the production of corresponding powder materials, a chemical and / or physical process between substances can also generally be brought about by means of plasma jets.
Um die Plasmastrahlen und die Substanz bzw. das Grundmaterial in einem Scheitelpunkt zusammen zu führen, werden derzeit komplexe und mehrteilige Vorrichtungen vorgesehen. In order to bring the plasma jets and the substance or the base material together in an apex, complex and multi-part devices are currently provided.
Darstellung der Erfindung Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Presentation of the invention It is an object of the present invention to provide an apparatus for
Interaktion einer oder mehreren Substanzen bzw. Grundmaterialien mit einem oder mehreren ionisierbaren Gasen bereitzustellen, welches eine geringe Komplexität und einen geringen Einbauraum aufweist. Provide interaction of one or more substances or base materials with one or more ionizable gases, which has a low complexity and a small installation space.
Diese Aufgabe wird mit einer Düsenvorrichtung zum Zusammenführen von ionisierbaren Gasen und eines Grundmaterials (bzw. einer Substanz), einem System zum chemischen und/oder physikalischen Behandeln eines This object is achieved with a nozzle device for bringing together ionizable gases and a base material (or a substance), a system for the chemical and / or physical treatment of a
Grundmaterials des Produktes, wie zum Beispiel eines Pulvers aus einem Grundmaterial, sowie einem Verfahren zum Zusammenführen eines ionisierten Gases und eines Grundmaterials gemäß den unabhängigen Ansprüchen, geschaffen. Basic material of the product, such as a powder from a basic material, as well as a method for combining an ionized gas and a basic material according to the independent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Düsenvorrichtung zum Zusammenführen eines ionisierbaren Gases und eines Grundmaterials in einem Interaktionsbereich bzw. Reaktionsbereich bereitgestellt. Die According to a first aspect of the invention, a nozzle device for bringing together an ionizable gas and a base material in an interaction area or reaction area is provided. The
Düsenvorrichtung weist zunächst einen Grundkörper auf, welcher einen Transportkanal aufweist zum Führen einer Substanz bzw. eines Nozzle device initially has a base body which has a transport channel for guiding a substance or a
Grundmaterials entlang einer Transportrichtung zu einem Endbereich des Grundkörpers. Der Grundkörper weist ferner einen ersten Plasmakanal zum Führen eines ersten ionisierbaren Gases entlang der Transportrichtung und einen zweiten Plasmakanal (welcher von dem ersten Plasmakanal beabstandet ist) zum Führen eines zweiten ionisierbaren Gases entlang der Base material along a transport direction to an end region of the base body. The main body also has a first plasma channel for guiding a first ionizable gas along the transport direction and a second plasma channel (which is spaced from the first plasma channel) for guiding a second ionizable gas along the
Transportrichtung auf. In dem Endbereich des Grundkörpers weist der erste Plasmakanal einen ersten Gasauslass und der zweite Plasmakanal einen zweiten Gasauslass auf. Transport direction. In the end area of the main body, the first plasma channel has a first gas outlet and the second plasma channel has a second gas outlet.
Der Grundkörper weist ferner einen Koppelbereich für eine The base body also has a coupling area for a
Elektrodenvorrichtung derart auf, dass das erste ionisierbare Gas in dem ersten Plasmakanal und das zweite ionisierbaren Gas in dem zweiten Electrode device such that the first ionizable gas in the first plasma channel and the second ionizable gas in the second
Plasmakanal ionisierbar sind. Ferner weist die Düsenvorrichtung ein Düsenelement auf, welches an dem Endbereich des Grundkörpers mit diesem gekoppelt ist. Das Düsenelement weist einen weiteren Transportkanal auf, welcher mit dem Transportkanal derart gekoppelt ist, dass das Grundmaterial von dem Grundkörper in einen Interaktionsbereich bzw. Reaktionsbereich außerhalb des Düsenelements entlang der Transportrichtung überführbar ist. Ferner weist das Düsenelement einen ersten Düsenauslass, welcher mit dem ersten Plasmakanal gekoppelt ist und einen zweiten Düsenauslass auf, welcher mit dem zweiten Plasmakanal gekoppelt ist. Plasma channel are ionizable. Furthermore, the nozzle device has a nozzle element which is coupled to the base body at the end region thereof. The nozzle element has a further transport channel which is coupled to the transport channel in such a way that the base material can be transferred from the base body into an interaction area or reaction area outside the nozzle element along the transport direction. Furthermore, the nozzle element has a first nozzle outlet, which is coupled to the first plasma channel, and a second nozzle outlet, which is coupled to the second plasma channel.
Der erste Düsenauslass zum Führen des ersten ionisierbaren Gases und der zweite Düsenauslass zum Führen des zweiten ionisierbaren Gases sind derart ausgebildet, dass das erste ionisierbare Gas und das zweite ionisierbare Gas in den Reaktionsbereich zur Reaktion mit dem Grundmaterial einströmbar sind. The first nozzle outlet for guiding the first ionizable gas and the second nozzle outlet for guiding the second ionizable gas are designed such that the first ionizable gas and the second ionizable gas can flow into the reaction region for reaction with the base material.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Zusammenführen eines ionisierten Gases und einer Substanz bzw. According to a further aspect of the present invention, a method for combining an ionized gas and a substance or
Grundmaterials in einem Vorgangs- bzw. Interaktionsbereich mit der oben beschriebenen Düsenvorrichtung aufgezeigt. Das Verfahren weist zunächst den Schritt des Führens des Grundmaterials in dem Transportkanal entlang einer Transportrichtung zu einem Endbereich des Grundkörpers, des Führens des ersten ionisierbaren Gases entlang der Transportrichtung in dem ersten Plasmakanal und des Führens des zweiten ionisierbaren Gases entlang der Transportrichtung in dem zweiten Plasmakanal auf. Ferner weist das Verfahren den Schritt des Ionisierens des ersten ionisierbaren Gases in dem ersten Plasmakanal und des zweiten ionisierbaren Gases in dem zweiten Plasmakanal mittels einer Elektrodenvorrichtung auf. Das Grundmaterial wird in dem weiteren Transportkanal des Düsenelements von dem Transportkanal in den Interaktionsbereich außerhalb des Düsenelements entlang der Basic material shown in a process or interaction area with the nozzle device described above. The method initially has the step of guiding the base material in the transport channel along a transport direction to an end region of the base body, guiding the first ionizable gas along the transport direction in the first plasma channel and guiding the second ionizable gas along the transport direction in the second plasma channel . Furthermore, the method has the step of ionizing the first ionizable gas in the first plasma channel and the second ionizable gas in the second plasma channel by means of an electrode device. The base material is in the further transport channel of the nozzle element from the transport channel into the interaction area outside the nozzle element along the
Transportrichtung überführt. Das erste ionisierte Gas wird mittels des ersten Düsenauslasses und das zweite ionisierte Gas wird mittels des zweiten Düsenauslasses in den Interaktionsbereich zur Reaktion mit dem Grundmaterial eingeströmt. Transport direction transferred. The first ionized gas is through the first nozzle outlet and the second ionized gas is through the second Nozzle outlet flowed into the interaction area to react with the base material.
Die Substanz bzw. das Grundmaterial ist beispielsweise ein Feststoff, wie beispielsweise ein Draht, beispielsweise ein Kupferdraht, Aluminiumdraht, Nickeldraht, Titandraht oder ein Wolframdraht. Alternativ kann das The substance or the base material is, for example, a solid such as a wire, for example a copper wire, aluminum wire, nickel wire, titanium wire or a tungsten wire. Alternatively this can
Grundmaterial ebenfalls ein flüssiges Material oder ein gasförmiges Material sein. Das Grundmaterial ist dafür vorgesehen, mit dem ionisierbaren Gas zu reagieren oder aufgrund der hohen Temperatur des ionisierbaren Gases aufgeschmolzen oder verdampft zu werden. Base material can also be a liquid material or a gaseous material. The base material is intended to react with the ionizable gas or to be melted or vaporized due to the high temperature of the ionizable gas.
Als ionisierbares Gas, welches in einem geladenen Zustand als Plasmagas auf das Grundmaterial im Interaktionsbereich trifft, kann beispielsweise ein Inertgas bzw. Argon (Ar) verwendet werden. An inert gas or argon (Ar), for example, can be used as the ionizable gas which, in a charged state, hits the base material in the interaction area as a plasma gas.
Der Grundkörper besteht aus einem Vollmaterial mit einer hohen The main body consists of a solid material with a high
Temperaturbeständigkeit. Der Grundkörper kann beispielsweise aus Temperature resistance. The base body can, for example, from
Aluminiumoxid, Zirkonoxid, SiAION bestehen. Alumina, Zirconia, SiAION are made.
Der Grundkörper ist insbesondere integral und einstückig ausgebildet und weist den Transportkanal, den ersten Plasmakanal und den zweiten The base body is in particular formed integrally and in one piece and has the transport channel, the first plasma channel and the second
Plasmakanal auf. Mit anderen Worten verlaufen mehrere Plasmakanäle und der zunächst eine Transportkanal in einem integralen einstückigen Plasma channel on. In other words, several plasma channels and the first one transport channel run in an integral one-piece
Grundkörper. Der Grundkörper kann einen oder eine Vielzahl von Base body. The main body can have one or a plurality of
Transportkanälen für ein und dasselbe Grundmaterial oder unterschiedliche Grundmaterialien aufweisen. Der Grundkörper kann ferner ausschließlich den ersten und den zweiten Plasmakanal oder eine Vielzahl weiterer erste zweiter Plasmakanäle aufweisen, wobei in den Plasmakanälen ein und dasselbe ionisierbare Gas oder eine Vielzahl unterschiedlicher ionisierbare Gase durchgeführt werden können. Die Transportrichtung definiert insbesondere den Vortrieb bzw. die Have transport channels for one and the same base material or different base materials. The base body can furthermore have exclusively the first and the second plasma channel or a multiplicity of further first second plasma channels, it being possible for one and the same ionizable gas or a multiplicity of different ionizable gases to pass through the plasma channels. The direction of transport defines in particular the advance or the
Strömungsrichtung des Grundmaterials durch den Grundkörper und durch das Düsenelement in den Interaktionsbereich bzw. Reaktionsbereich. Direction of flow of the base material through the base body and through the nozzle element into the interaction area or reaction area.
Insbesondere weist der Grundköper einen Koppelbereich für eine In particular, the base body has a coupling area for a
Elektrodenvorrichtung auf. Die Elektrodenvorrichtung kann dabei derart an dem Grundkörper direkt oder indirekt, z. B. an ein Düsengehäuse, befestigt werden und einen Energieeintrag in den entsprechenden ersten und/oder zweiten Plasmakanal bereitstellen. Electrode device on. The electrode device can be attached to the base body directly or indirectly, for. B. to a nozzle housing and provide an energy input into the corresponding first and / or second plasma channel.
Die Elektrodenvorrichtung weist beispielsweise einen Strahlungskopf auf, welcher hochfrequente Strahlung in die entsprechenden Plasmakanäle einbringt. Aufgrund des hohen Energieeintrags wird das Gas in den The electrode device has, for example, a radiation head which introduces high-frequency radiation into the corresponding plasma channels. Due to the high energy input, the gas is in the
Plasmakanälen ionisiert und weiter entlang der Transportrichtung befördert oder unmittelbar nach dem Ionisationsvorgang in Richtung Grundmaterial gelenkt. Plasma channels ionized and conveyed further along the transport direction or directed towards the base material immediately after the ionization process.
Die Elektrodenvorrichtung wird zentrisch mit dem Düsenelement und dem Grundkörper gekoppelt. Beim beispielhaften Einsatz von hochfrequenter Strahlung und bestimmten Energieeintrag bestimmt die Geometrie und Ausrichtung der Plasmakanäle und die Position vom Düsenelement zur The electrode device is centrally coupled to the nozzle element and the base body. With the exemplary use of high-frequency radiation and certain energy input, the geometry and alignment of the plasma channels and the position of the nozzle element determine the
Elektrodenvorrichtung den gewünschten Zustand vom Plasma, wie zum Electrode device the desired state of the plasma, such as for
Beispiel Temperatur oder Strömungszustand, beim Auftreffen auf die Substanz bzw. auf das Grundmaterial. Example temperature or flow condition when it hits the substance or the base material.
Das Düsenelement besteht aus einem Vollmaterial mit einer hohen The nozzle element consists of a solid material with a high
Temperaturbeständigkeit. Das Düsenelement kann beispielsweise aus Temperature resistance. The nozzle element can, for example, from
Aluminiumoxid, Zirkonoxid, SiAION bestehen. Das Düsenelement weist insbesondere einen weiteren Transportkanal, einen ersten Düsenauslass und einen zweiten Düsenauslass auf. Das Düsenelement wird an einem Endbereich des Grundkörpers befestigt. Insbesondere ist das Düsenelement derart mit dem Grundkörper gekoppelt, dass der Transportkanal und der weitere Alumina, Zirconia, SiAION are made. The nozzle element has in particular a further transport channel, a first nozzle outlet and a second nozzle outlet. The nozzle element is attached to an end region of the base body. In particular, the nozzle element is such coupled to the base body that the transport channel and the other
Transportkanal sowie der erste Düsenauslass mit dem ersten Plasmakanal und der zweite Düsenauslass mit dem zweiten Plasmakanal gekoppelt sind. Das Düsenelement kann beispielsweise integral und einstückig mit dem Transport channel and the first nozzle outlet are coupled to the first plasma channel and the second nozzle outlet to the second plasma channel. The nozzle element may, for example, be integral and one-piece with the
Grundkörper ausgebildet sein oder lösbar, beispielsweise mittels einer Base body be formed or detachable, for example by means of a
Schraubenverbindung, an den Grundkörper angeschraubt werden. Der erste und/oder der zweite Düsenauslass können ferner besondere verjüngende Kanäle aufweisen und entsprechend an dem Austritt in Richtung Screw connection to be screwed to the base body. The first and / or the second nozzle outlet can furthermore have special tapering channels and accordingly at the outlet in the direction
Interaktionsbereich den kleinsten Querschnitt aufweisen. Alternativ können die Düsenauslässe jeweils eine Lavaldüse bilden. Die Düsenauslässe sind derart ausgebildet, dass das entsprechend ionisierte Gas in den Interaktionsbereich eingeströmt wird. Der weitere Transportkanal ist entsprechend ausgebildet, dass das Grundmaterial durch den weiteren Transportkanal des Interaction area have the smallest cross-section. Alternatively, the nozzle outlets can each form a Laval nozzle. The nozzle outlets are designed such that the correspondingly ionized gas flows into the interaction area. The further transport channel is designed so that the base material through the further transport channel of the
Düsenelements hindurchgeführt werden kann und in den Interaktionsbereich hineinragt. Der erste Düsenauslass und der zweite Düsenauslass sind dabei insbesondere derart ausgebildet, dass das erste ionisierbare Gas und das zweite ionisierbare Gas sich in einem Scheitelpunkt im Interaktionsbereich treffen. Der weitere Transportkanal ist ausgebildet, dass das Grundmaterial ebenfalls durch den Scheitelpunkt verläuft. Nozzle element can be passed and protrudes into the interaction area. The first nozzle outlet and the second nozzle outlet are designed in particular such that the first ionizable gas and the second ionizable gas meet at an apex in the interaction area. The further transport channel is designed so that the base material also runs through the apex.
Der Interaktionsbereich bzw. Reaktionsbereich ist entsprechend in The interaction area or reaction area is correspondingly in
Transportrichtung außerhalb des Düsenelements ausgebildet. In dem Transport direction formed outside the nozzle element. By doing
Interaktionsbereich findet der physikalische und/oder chemische Vorgang wie eine Reaktion zwischen dem Grundmaterial und dem ionisierbaren bzw. The physical and / or chemical process such as a reaction between the base material and the ionizable or ionizable material takes place in the interaction area.
ionisierten Gas statt. Aufgrund des Energieeintrags in das ionisierbare Gas, des Ausströmwinkels des ionisierbaren Gases aus dem entsprechenden ionized gas instead. Due to the energy input into the ionizable gas, the outflow angle of the ionizable gas from the corresponding
Düsenauslass sowie aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit des Nozzle outlet as well as due to the flow velocity of the
ausströmenden ionisierbaren Gases kann die Temperatur im Scheitelpunkt eingestellt werden. Die Temperatur im Scheitelpunkt kann beispielsweise aufgrund des ionisierten Gases und/oder aufgrund einer exothermen Reaktion des ionisierten Gases mit dem Grundmaterial eine Temperatur von über 1000 °C, insbesondere aufweisen. escaping ionizable gas, the temperature at the apex can be adjusted. The temperature at the apex can be due to the ionized gas and / or due to an exothermic reaction, for example of the ionized gas with the base material have a temperature of over 1000 ° C, in particular.
Aufgrund von Temperatur und anderer Parameter wie beispielsweise Due to temperature and other parameters such as
Gaszusammensetzung kann ein physikalischer und/oder ein chemischer Vorgang zwischen dem ionisierten Gas und dem Grundmaterial erzeugt werden. Alternativ oder zusätzlich wird das Grundmaterial aufgrund der Temperatur des ionisierten Gases automatisiert und in kleine, insbesondere kugelförmige Tropfen aufgeschmolzen. In einem nachfolgenden Abkühlprozess können die geschmolzenen Tröpfchen zu Partikeln verfestigt werden, sodass ein Pulver, welches beispielsweise für die additive Fertigung notwendig ist, bereitgestellt wird. Gas composition, a physical and / or a chemical process can be generated between the ionized gas and the base material. Alternatively or in addition, the base material is automated due to the temperature of the ionized gas and melted into small, in particular spherical drops. In a subsequent cooling process, the molten droplets can be solidified into particles, so that a powder, which is necessary for additive manufacturing, for example, is provided.
Mit der vorliegenden Düsenvorrichtung zum Zusammenführen eines With the present nozzle device for merging a
ionisierbaren Gases mit einem Grundmaterial kann ohne eine komplexe Ausrüstung ein gewünschter Vorgang bereitgestellt werden, da die ionizable gas with a base material can be provided a desired operation without complex equipment, since the
notwendigen Versorgungsleitungen bzw. Kanäle integral im Grundkörper und dem Düsenelement vorliegen . Mit der Düsenvorrichtung wird sozusagen eine kombinierte Düse-Hohlleiter-Elektrode geschaffen. Es reichen somit der Anschluss vom Versorg ungreservoir sowie die Kopplung einer necessary supply lines or channels are present integrally in the base body and the nozzle element. With the nozzle device, a combined nozzle-waveguide electrode is created, so to speak. The connection from the supply reservoir and the coupling of a
Elektrodenvorrichtung aus, um einen gewünschten Vorgang herbeizuführen. Electrode device off to bring about a desired action.
Mit der erfindungsgemäßen Düsenvorrichtung werden die ionisierbaren Gase und das Grundmaterial aufgrund ihrer physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften in den gewünschten Zustand gebracht. Mittels der With the nozzle device according to the invention, the ionizable gases and the base material are brought into the desired state due to their physical and / or chemical properties. Using the
Düsenvorrichtung und dessen Geometrie wird entsprechend der Nozzle device and its geometry is according to
Massendurchsatz, die Strömung der ionisierbaren Gase und des Mass flow rate, the flow of ionizable gases and des
Grundmaterials beschleunigt und/oder verzögert, und/oder expandiert und/oder rotiert und/oder gleichgerichtet, und/oder gekühlt und/oder erhitzt. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform sind, wie oben beschrieben, der Grundkörper und das Düsenelement integral ausgebildet. Dabei kann das Düsenelement beispielsweise an den Grundkörper Base material accelerated and / or retarded, and / or expanded and / or rotated and / or rectified, and / or cooled and / or heated. According to a further exemplary embodiment, as described above, the base body and the nozzle element are formed integrally. The nozzle element can, for example, be attached to the base body
angeschweißt sein. Insbesondere kann das Düsenelement sowie der be welded on. In particular, the nozzle element and the
Grundkörper zusammen in einem additiven Fertigungsverfahren hergestellt werden. Alternativ kann das Düsenelement und der Grundkörper mit einem Gussverfahren hergestellt werden. Base bodies are produced together in an additive manufacturing process. Alternatively, the nozzle element and the base body can be produced using a casting process.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Transportkanal als Bohrung im Inneren des Grundkörpers ausgebildet. Die Bohrung kann beispielsweise mittels Bohrens oder Fräsen eingebracht werden oder bei Herstellung des Grundkörpers im Gussverfahren oder in der additiven According to a further exemplary embodiment, the transport channel is designed as a bore in the interior of the base body. The hole can be made, for example, by means of drilling or milling or, when the base body is manufactured, using the casting process or using the additive method
Fertigung vorgesehen werden. Manufacturing are provided.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Grundkörper rotationssymmetrisch ausgebildet, wobei eine Mittelachse des Grundkörpers parallel zu der Transportrichtung ausgebildet ist. Beispielsweise weist der Grundkörper eine zylindrische Form mit einer runden, ovalen oder vieleckigen Grundfläche auf. Die Normale einer Grundfläche ist beispielsweise parallel zu der Transportrichtung ausgebildet. According to a further exemplary embodiment, the base body is designed to be rotationally symmetrical, with a central axis of the base body being designed parallel to the transport direction. For example, the base body has a cylindrical shape with a round, oval or polygonal base. The normal of a base is, for example, formed parallel to the transport direction.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform verläuft der According to a further exemplary embodiment, the runs
Transportkanal entlang der Mittelachse (Rotationsachse) des Grundkörpers. Somit liegt der Transportkanal im Zentrum des Grundkörpers und erstreckt sich insbesondere translatorisch. Transport channel along the central axis (axis of rotation) of the base body. The transport channel is therefore in the center of the base body and extends in particular in a translatory manner.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der erste According to another exemplary embodiment, the first
Düsenauslass und/oder der zweite Düsenauslass derart ausgebildet, dass das entsprechende ionisierbare Gas eine Strömungsrichtung mit einer zu der Mittelachse radialen (Richtungs-) Komponente aufweist. Als axiale Richtung wird die Richtung parallel der Transportrichtung definiert. Die radiale Richtung entspricht einer Richtung, welche orthogonal zu der axialen Richtung ausgebildet ist und durch die Mittelachse bzw. Rotationsachse des Grundkörpers verläuft. Die Umlaufrichtung ist orthogonal zu der axialen Richtung und der Radialrichtung. The nozzle outlet and / or the second nozzle outlet are designed in such a way that the corresponding ionizable gas has a flow direction with a (directional) component that is radial to the central axis. The direction parallel to the transport direction is defined as the axial direction. The radial direction corresponds to a direction which is orthogonal to the axial direction and runs through the central axis or axis of rotation of the base body. The circumferential direction is orthogonal to the axial direction and the radial direction.
Mit der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform wird der erste oder zweite Düsenauslass dahingehend konkretisiert, dass das ionisierbare Gas mit einem bestimmten Winkel relativ zu der Transportrichtung in den Interaktionsbereich eingeströmt wird . Der Winkel ist beispielsweise zwischen der Strömungsrichtung aus den entsprechenden Düsenauslässen einerseits und der axialen Richtung andererseits definiert. Beispielsweise kann ein Winkel zwischen der axialen Richtung und der Strömungsrichtung 20° bis 80°, insbesondere 30°, aufweisen. Beispielsweise können die Düsenauslässe außerhalb des Zentrums, d. h. beabstandet von der Mittelachse With the exemplary embodiment described above, the first or second nozzle outlet is specified in such a way that the ionizable gas flows into the interaction area at a certain angle relative to the transport direction. The angle is defined, for example, between the direction of flow from the corresponding nozzle outlets on the one hand and the axial direction on the other. For example, an angle between the axial direction and the flow direction can be 20 ° to 80 °, in particular 30 °. For example, the nozzle outlets may be off-center, e.g. H. spaced from the central axis
Düsenelement, angeordnet werden. Aufgrund des gewinkelten Ausströmens des ionisierbaren bzw. ionisierten Gases durch die entsprechenden Nozzle element, are arranged. Due to the angled outflow of the ionizable or ionized gas through the corresponding
Düsenauslässe strömt das ionisierbare bzw. ionisierte Gas in Richtung eines Scheitelpunkts auf der Mittelachse des Düsenelements bzw. des Grundkörpers außerhalb der Düsenvorrichtung im Vorgangs- bzw. Interaktionsbereich, um mit der Substanz bzw. dem Grundmaterial zu interagieren bzw. zu reagieren. At nozzle outlets, the ionizable or ionized gas flows in the direction of an apex on the central axis of the nozzle element or the base body outside the nozzle device in the process or interaction area in order to interact with the substance or the base material.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist zumindest der erste Düsenauslass oder der zweite Düsenauslass derart ausgebildet, dass das entsprechende ionisierbare Gas eine Strömungsrichtung mit einer zu der Mittelachse umlaufenden (Richtungs-) Komponente aufweist. Somit erhält das ausströmende ionisierbare Gas eine rotierende Richtung um die Mittelachse. Dies kann eine verbesserte Reaktion mit dem Grundmaterial im According to a further exemplary embodiment, at least the first nozzle outlet or the second nozzle outlet is designed in such a way that the corresponding ionizable gas has a flow direction with a (directional) component rotating around the central axis. The ionizable gas flowing out is thus given a rotating direction around the central axis. This can result in an improved reaction with the base material in the
Interaktionsbereich oder eine verbesserte Automatisierung des Grundmaterials im Interaktionsbereich erzeugen. Die Strömungsrichtung mit einer umlaufenden Komponente (d. h. einer Komponente in Umfangsrichtung) kann beispielsweise mittels einer Create an interaction area or an improved automation of the basic material in the interaction area. The flow direction with a circumferential component (ie a component in the circumferential direction) can for example by means of a
entsprechenden Ausgestaltung der Düsenauslässe erzeugt werden. Zudem können Fluidleitelemente vorgesehen werden, welche nach dem Austreten des entsprechenden ionisierbaren Gases angeordnet sind und dieses in eine gewünschte Rotationsrichtung ablenken. corresponding design of the nozzle outlets are generated. In addition, fluid guide elements can be provided which are arranged after the corresponding ionizable gas has emerged and deflect it in a desired direction of rotation.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist zumindest der erste Plasmakanal oder der zweite Plasmakanal als Bohrung im Inneren des According to a further exemplary embodiment, at least the first plasma channel or the second plasma channel is a bore in the interior of the
Grundkörpers ausgebildet. Die Bohrung kann beispielsweise mittels Bohrens oder Fräsen eingebracht werden oder bei Herstellung des Grundkörpers im Gussverfahren oder in der additiven Fertigung vorgesehen werden. Basic body formed. The hole can be made, for example, by means of drilling or milling, or it can be provided when the base body is manufactured using the casting process or additive manufacturing.
Der erste Plasmakanal und der zweite Plasmakanal können jeweils The first plasma channel and the second plasma channel can each
beabstandet von der Mittelachse des Grundkörpers ausgebildet sein. Der erste Plasmakanal und der zweite Plasmakanal können denselben Abstand zu der Mittelachse des Grundkörpers aufweisen. Alternativ können der erste be formed at a distance from the central axis of the base body. The first plasma channel and the second plasma channel can be at the same distance from the central axis of the main body. Alternatively, the first
Plasmakanal und der zweite Plasmakanal unterschiedliche Abstände zu der Mittelachse aufweisen. Plasma channel and the second plasma channel have different distances from the central axis.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist zumindest der erste Plasmakanal oder der zweite Plasmakanal als offene Nut entlang einer According to a further exemplary embodiment, at least the first plasma channel or the second plasma channel is an open groove along a
Oberfläche des Grundkörpers ausgebildet. Die offene Nut kann beispielsweise mittels Fräsens in den Grundkörper eingebracht werden. Das ionisierbare Gas strömt aufgrund eines gerichteten Einströmwinkels in die Nut entlang derselben Nut. Durch die offene Nut ist das ionisierbare Gas von außen gut zugänglich, insbesondere für einen Energieeintrag der Elektrodenvorrichtung. Surface of the base body formed. The open groove can be made in the base body by means of milling, for example. The ionizable gas flows due to a directed inflow angle into the groove along the same groove. The ionizable gas is easily accessible from the outside through the open groove, in particular for energy input into the electrode device.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die offene Nut zumindest teilweise mit einer Hülse, welche über den Grundkörper steckbar ist, geschlossen. Die Hülse kann sozusagen über den Grundkörper gesteckt beziehungsweise geschoben werden, sodass die Hülse auf der Oberfläche des Grundkörpers aufliegt. Damit können die offenen Nuten der entsprechenden Plasmakanäle geschlossen werden. Im Koppelbereich bzw. am Elektrodenende der Elektrodenvorrichtung kann die offene Nut frei von der Hülse bleiben und von dieser entsprechend nicht bedeckt werden. Alternativ kann die Hülse According to a further exemplary embodiment, the open groove is at least partially closed with a sleeve which can be plugged over the base body. The sleeve can, so to speak, be pushed over the base body or pushed so that the sleeve rests on the surface of the base body. The open grooves of the corresponding plasma channels can thus be closed. In the coupling area or at the electrode end of the electrode device, the open groove can remain free of the sleeve and accordingly not be covered by it. Alternatively, the sleeve
entsprechende Öffnungen im Koppelbereich bzw. am Elektrodenende aufweisen, sodass das in der Nut entlangströmende ionisierbare Gas durch die Öffnung von der Elektrodenvorrichtung bzw. für den Energieeintrag gut erreichbar ist. have corresponding openings in the coupling area or at the electrode end, so that the ionizable gas flowing along the groove can be easily reached through the opening from the electrode device or for the introduction of energy.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Grundkörper einen weiteren ersten Plasmakanal zum Führen eines weiteren ersten According to a further exemplary embodiment, the base body has a further first plasma channel for guiding a further first
ionisierbaren Gases entlang der Transportrichtung und/oder einen weiteren zweiten Plasmakanal, welcher von dem weiteren ersten Plasmakanal beabstandet ist, zum Führen eines weiteren zweiten ionisierbaren Gases entlang der ionizable gas along the transport direction and / or a further second plasma channel, which is spaced from the further first plasma channel, for guiding a further second ionizable gas along the
Transportrichtung auf. In dem Endbereich des Grundkörpers weist der weitere erste Plasmakanal einen weiteren ersten Gasauslass und der weitere zweite Plasmakanal einen weiteren zweiten Gasauslass auf, wobei der weitere erste Plasmakanal und der weitere zweite Plasmakanal in dem Grundkörper zwischen dem ersten Plasmakanal und dem zweiten Plasmakanal einerseits und dem Transportkanal andererseits ausgebildet sind. Transport direction. In the end region of the base body, the further first plasma channel has a further first gas outlet and the further second plasma channel has a further second gas outlet, the further first plasma channel and the further second plasma channel in the base body between the first plasma channel and the second plasma channel on the one hand and the transport channel on the other hand are formed.
Entsprechend können eine Vielzahl von weiteren ersten und zweiten Plasmakanal in dem Grundkörper und entsprechende weitere Düsenauslässe des Correspondingly, a plurality of further first and second plasma channels in the base body and corresponding further nozzle outlets of the
Düsenelements vorliegen. Insbesondere weist der erste oder zweite Plasmakanal im Vergleich zu dem weiteren ersten und weiteren zweiten Plasmakanal einen größeren Abstand zu der Mittelachse des Grundkörpers auf. Mit anderen Worten liegen der weitere erste und weitere zweite Plasmakanal der Mittelachse und entsprechend dem entlang dieser verlaufenden Transportkanal und den weiter außen liegenden ersten und zweiten Plasmakanälen. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist das Düsenelement relativ zu dem Grundkörper rotierbar. Das Düsenelement kann beispielsweise mittels eines Gleitlagers oder eines Kugellagers an den Grundkörper rotierend gelagert werden. Der entsprechende erste Düsenauslass und der zweite Düsenauslass können beispielsweise als Ringspalt in dem Düsenelement ausgebildet werden. Die entsprechenden Auslässe der Plasmakanäle lassen das darin fließende ionisierbare Gas in die Ringspalte einströmen. In den Ringspalten können ferner Fluidleitelemente vorgesehen werden, sodass die Rotation des Gaselements zusätzlich einen Spin bzw. eine Rotation des in den Interaktionsbereich einströmenden ionisierbaren Gases erzeugt. Nozzle element present. In particular, the first or second plasma channel is at a greater distance from the central axis of the main body compared to the further first and further second plasma channels. In other words, the further first and further second plasma channels lie on the central axis and, correspondingly, the transport channel running along this and the first and second plasma channels further outward. According to a further exemplary embodiment, the nozzle element can be rotated relative to the base body. The nozzle element can be rotatably mounted on the base body, for example by means of a slide bearing or a ball bearing. The corresponding first nozzle outlet and the second nozzle outlet can be designed, for example, as an annular gap in the nozzle element. The corresponding outlets of the plasma channels allow the ionizable gas flowing therein to flow into the annular gaps. In addition, fluid guide elements can be provided in the annular gaps, so that the rotation of the gas element additionally generates a spin or a rotation of the ionizable gas flowing into the interaction area.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die According to a further exemplary embodiment, the
Düsenvorrichtung ferner ein, insbesondere scheibenförmiges, Fluidleitelement auf, welches mit dem Düsenelement gekoppelt ist. Zwischen dem Nozzle device also has a, in particular disk-shaped, fluid guide element which is coupled to the nozzle element. Between the
Fluidleitelement und dem Düsenelement ist ein ringförmiger Steuerkanal ausgebildet, welcher um das Düsenelement verläuft. Der Steuerkanal ist derart ausgebildet, dass das Steuerfluid in oder um den Interaktionsbereich strömbar ist. Fluid guide element and the nozzle element, an annular control channel is formed which runs around the nozzle element. The control channel is designed such that the control fluid can flow in or around the interaction area.
Das Steuerfluid ist beispielsweise Luft, Stickstoff oder ein Inertgas. Das Steuerfluid strömt um den Interaktionsbereich oder in diesen hinein. Der Steuerkanal ist insbesondere derart ausgebildet, dass das Steuerfluid das in den Interaktionsbereich einströmende ionisierbaren Gas und das The control fluid is, for example, air, nitrogen or an inert gas. The control fluid flows around or into the interaction area. The control channel is designed in particular in such a way that the control fluid includes the ionizable gas flowing into the interaction area and the
Grundmaterial umhüllt. Der Fluiddruck des Steuerfluids kann gezielt eingestellt werden. Die Höhe des Drucks und/oder die Geschwindigkeit bzw. der Basic material enveloped. The fluid pressure of the control fluid can be adjusted in a targeted manner. The amount of pressure and / or the speed or the
Massendurchsatz der Steuerfluide steuert die örtliche Ausbildung des The mass flow rate of the control fluids controls the local formation of the
Interaktionsbereichs bzw. den Abstand des Interaktionsbereichs von einem Ende der Düsenvorrichtung entlang der Transportrichtung. Je höher die Interaction area or the distance of the interaction area from one end of the nozzle device along the transport direction. The higher the
Fluidgeschwindigkeit des Steuerfluids bzw. je höher der Fluiddruck des Fluid speed of the control fluid or the higher the fluid pressure of the
Steuerfluids, desto weiter entfernt wird der Interaktionsbereich, in welchen sich der Scheitelpunkt des ionisierten Gases mit dem Grundmaterial vorliegt, ausgebildet. Control fluids, the further away the interaction area in which the apex of the ionized gas is present with the base material.
Das Fluidleitelement kann das Steuerfluid mit einer radialen The fluid guiding element can control fluid with a radial
Richtungskomponente in den Interaktionsbereich einströmen. Somit kann das Steuerfluid umfänglich mit einer radialen Strömung in den Interaktionsbereich eingeströmt werden. Nach einem Kreuzungspunkt des Steuerfluids auf der Mittelachse strömt dieses stromabwärts bezüglich der Transportrichtung von dem Interaktionsbereich entsprechend von der Mittelachse nach außen und bildet einen nach außen gerichteten Strömungskegel. Dies führt dazu, dass größere Partikel (Grobpartikel) weiter nach außen bezüglich der Mittelachse getragen werden als kleinere Partikel (Kleinpartikel). Entsprechend befinden sich entlang der Transportrichtung im Zentrum um die Mittelachse kleinere Partikel und in einem größeren Abstand von der Mittelachse entsprechend größere Partikel. Directional components flow into the interaction area. The control fluid can thus flow into the interaction area circumferentially with a radial flow. After a point of intersection of the control fluid on the central axis, it flows downstream with respect to the transport direction of the interaction area outwards from the central axis and forms an outwardly directed flow cone. This means that larger particles (coarse particles) are carried further outwards with respect to the central axis than smaller particles (small particles). Correspondingly, along the transport direction, there are smaller particles in the center around the central axis and correspondingly larger particles at a greater distance from the central axis.
Durch die Steuerung des Drucks und/oder der Geschwindigkeit bzw. dem Massendurchsatz des Steuerfluids kann die Segmentierung der By controlling the pressure and / or the speed or the mass flow rate of the control fluid, the segmentation of the
entsprechenden Größen der Partikel eingestellt werden. Die Trennung zwischen den Grobpartikeln und den kleinen Partikeln wird insbesondere aufgrund verschiedener physikalischer Gegebenheiten bezüglich der verschiedenen Größen der Partikeln, wie insbesondere der Massenträgheit bzw. Schwerkraft, dem Strömungswiderstand sowie der Impulserhaltung, erzielt. corresponding sizes of the particles can be set. The separation between the coarse particles and the small particles is achieved in particular due to different physical conditions with regard to the different sizes of the particles, such as in particular the inertia or gravity, the flow resistance and the conservation of momentum.
Stromabwärts außerhalb des Interaktionsbereich kann beispielsweise ein offener Hohlzylinder als Separationsrohr mit einer Mittelachse, welche koaxial zu der Mittelachse ist, installiert werden. Die kleineren Feinpartikel strömen in das Innere des Hohlzylinders und die Grobpartikel strömen außerhalb des Hohlzylinders vorbei. An dem stromabwärtigen Ende des Separationsrohrs kann entsprechend ein Behälter zum Sammeln der Kleinpartikel angeordnet werden, während in einem weiteren Behälter die das Separationsrohr umgebende Grobpartikel gesammelt werden. Downstream outside of the interaction area, for example, an open hollow cylinder can be installed as a separation tube with a central axis which is coaxial to the central axis. The smaller fine particles flow into the interior of the hollow cylinder and the coarse particles flow past outside the hollow cylinder. A container for collecting the small particles can accordingly be arranged at the downstream end of the separation tube while the coarse particles surrounding the separation tube are collected in a further container.
Ferner kann das Fluidleitelement wie unten beschrieben mit einer Zirkulation, d. h. mit einer Richtungskomponente in Umfangsrichtung in den Furthermore, as described below, the fluid guide element can be provided with a circulation, i. H. with a directional component in the circumferential direction in the
Interaktionsbereich einströmen. Somit kann zusätzlich der Zentrifugaleffekt zu Nutze gemacht werden, sodass die schwereren und größeren Grobpartikel weiter nach außen getragen werden als die kleineren Feinpartikel. Flow into the interaction area. In this way, the centrifugal effect can also be used, so that the heavier and larger coarse particles are carried further outwards than the smaller fine particles.
Das Fluidleitelement kann beispielsweise mittels einer Schweißverbindung an dem Düsenelement oder den Grundkörper befestigt werden. Ferner kann das Fluidleitelement integral mit dem Grundkörper oder dem Düsenelement ausgebildet werden. Das Fluidleitelement erstreckt sich senkrecht zur The fluid guide element can be attached to the nozzle element or the base body, for example, by means of a welded connection. Furthermore, the fluid guide element can be formed integrally with the base body or the nozzle element. The fluid guide extends perpendicular to the
Transportrichtung bzw. zur Mittellinie, wobei es eine geringe Dicke aufweist. Das Fluidleitelement ist entsprechend scheibenförmig ausgebildet. Das Transport direction or to the center line, whereby it has a small thickness. The fluid guide element is correspondingly designed in the form of a disk. The
Fluidleitelement kann beispielsweise additiv gefertigt werden. Fluid guide element can be manufactured additively, for example.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist das Fluidleitelement mittels Verbindungsstegen an dem Düsenelement befestigt. Zwischen den Verbindungstegen bildet sich ein entsprechender Spalt aus, durch welchen das Steuerfluid in den Interaktionsbereich einströmen kann. According to a further exemplary embodiment, the fluid guide element is fastened to the nozzle element by means of connecting webs. A corresponding gap is formed between the connecting webs, through which the control fluid can flow into the interaction area.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist das Fluidleitelement wie oben beschrieben scheibenförmig ausgebildet, wobei der Mittelpunkt des scheibenförmigen Fluidleitelements auf der Mittelachse des Düsenelements liegt. Eine Ausdehnung des Fluidleitelements senkrecht zur Mittelachse größer ist als die Ausdehnung entlang der Mittelachse. Insbesondere bildet das Fluidleitelement einen rotationssymmetrischen Körper mit der Mittelachse des Grundkörpers und/oder des Düsenelement. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Fluidleitelement Fluidleitstege auf zum Leiten des Steuerfluids in Richtung Steuerkanal. Die Fluidleitstege bilden Erhebungen entlang der Oberfläche des Fluidleitelement auf. Dabei können die Fluidstege parallel entlang der According to a further exemplary embodiment, the fluid guide element is designed in the form of a disk as described above, the center of the disk-shaped fluid guide element lying on the central axis of the nozzle element. An extension of the fluid guide element perpendicular to the central axis is greater than the extension along the central axis. In particular, the fluid guide element forms a rotationally symmetrical body with the central axis of the base body and / or of the nozzle element. According to a further exemplary embodiment, the fluid-guiding element has fluid-guiding webs for guiding the control fluid in the direction of the control channel. The fluid guide webs form elevations along the surface of the fluid guide element. The fluid webs can be parallel along the
Transportrichtung verlaufen. Ferner können die Fluidleitstege eine Run in the transport direction. Furthermore, the fluid guide webs can be a
Richtungskomponente entlang der Umfangsrichtung aufweisen, sodass ein Spin bzw. eine Rotation des Steuerfluids um die Mittellinie erzeugt wird. Have directional component along the circumferential direction, so that a spin or a rotation of the control fluid is generated around the center line.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist die According to a further exemplary embodiment, the
Düsenvorrichtung ein Düsengehäuse mit einer Auslassöffnung auf, wobei der Grundkörper und das Düsenelement in dem Düsengehäuse derart angeordnet sind, dass ein Ende des weiteren Transportkanals, der erste Düsenauslass und der zweite Düsenauslass in der Auslassöffnung vorliegen und der Nozzle device on a nozzle housing with an outlet opening, wherein the base body and the nozzle element are arranged in the nozzle housing such that one end of the further transport channel, the first nozzle outlet and the second nozzle outlet are in the outlet opening and the
Interaktionsbereich außerhalb des Düsengehäuses vorliegt. Durch die Interaction area is outside the nozzle housing. Through the
Auslassöffnung wird mit anderen Worten das ionisierbare Gas sowie das Grundmaterial entlang der Transportrichtung hindurchgeführt sodass der Interaktionsbereich und entsprechend der Scheitelpunkt außerhalb des Gehäuses vorliegt. In other words, the outlet opening is passed through the ionizable gas and the base material along the direction of transport, so that the interaction area and, accordingly, the apex is outside the housing.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das According to a further exemplary embodiment, the
Düsengehäuse einen Kopplungsanschluss für die Elektrodenvorrichtung auf, wobei der Kopplungsanschluss einen Zugang zu dem ersten Plasmakanal und/oder dem zweiten Plasmakanal bereitstellt. Beispielsweise kann die Elektrodenvorrichtung an dem Kopplungsanschluss mittels einer The nozzle housing has a coupling connection for the electrode device, the coupling connection providing access to the first plasma channel and / or the second plasma channel. For example, the electrode device can be connected to the coupling connection by means of a
Schraubenverbindung oder einer Klemmverbindung befestigt werden. Ferner stellt der Kopplungsanschluss eine Öffnung im Gehäuse bereit, sodass ein direkter Zugang zu dem entsprechenden ersten oder zweiten Plasmakanal möglich ist. Screw connection or a clamp connection are attached. Furthermore, the coupling connection provides an opening in the housing so that direct access to the corresponding first or second plasma channel is possible.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das According to a further exemplary embodiment, the
Düsengehäuse einen Plasmagaseingang zur Kopplung an ein erstes Gasreservoir auf, wobei der Plasmagaseingang mit zumindest dem ersten Plasmakanal gekoppelt ist. Nozzle housing a plasma gas inlet for coupling to a first Gas reservoir, wherein the plasma gas inlet is coupled to at least the first plasma channel.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das According to a further exemplary embodiment, the
Düsengehäuse einen weiteren Plasmagaseingang zur Kopplung an ein zweites Gasreservoir auf, wobei der weitere Plasmagaseingang mit dem zweiten Plasmakanal gekoppelt ist. Nozzle housing has a further plasma gas inlet for coupling to a second gas reservoir, the further plasma gas inlet being coupled to the second plasma channel.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das According to a further exemplary embodiment, the
Düsengehäuse einen weiteren Eingang zur Kopplung an ein weiteres Nozzle housing a further input for coupling to another
Fluidreservoir auf, wobei der weitere Eingang ein Einströmen des Steuerfluids ermöglicht, sodass dieses entlang der Transportrichtung in Richtung Fluid reservoir on, the further inlet allowing the control fluid to flow in, so that this along the transport direction in the direction
Fluidleitelement strömt. Fluid guiding element flows.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein System bereitgestellt zum chemischen und/oder physikalischen Behandeln eines Grundmaterials, z. B. zum Erzeugen von chemischen und/oder physikalischen Vorgängen an dem Grundmaterial, wie z. B. zum Erzeugen oder Recyceln eines Pulvers aus einer Substanz bzw. eines Grundmaterials. Das System weist die oben beschriebene Düsenvorrichtung und ein Gehäuse zur Aufnahme der Düsenvorrichtung auf. Die Düsenvorrichtung ist an das Gehäuse derart gekoppelt, dass der Interaktionsbereich in dem Gehäuse vorliegt. According to a further aspect of the present invention, a system is provided for chemically and / or physically treating a base material, e.g. B. to generate chemical and / or physical processes on the base material, such as. B. for generating or recycling a powder from a substance or a base material. The system has the nozzle device described above and a housing for receiving the nozzle device. The nozzle device is coupled to the housing in such a way that the interaction area is present in the housing.
Mit dem System kann beispielsweise das Grundmaterial mit dem ionisierten Plasmagas in dem Interaktionsbereich zusammengebracht werden, sodass dort chemische Reaktionen oder physikalische Wechselwirkungen unter hoher Temperatur und Druck erzeugt werden. Ferner können die ionisierten With the system, for example, the base material can be brought together with the ionized plasma gas in the interaction area, so that chemical reactions or physical interactions are generated there under high temperature and pressure. Furthermore, the ionized
Plasmagase das Grundmaterial, wie beispielsweise einem festen Körper, z. B. Draht, abtragen, um feinstaubiges Pulver aus Grundmaterial zu generieren. Das Gehäuse weist ein inneres Volumen auf, in welchem der Vorgangs- bzw. Interaktionsbereich vorliegt. Der Interaktionsbereich ist somit geschützt vor äußeren Einflüssen. Ferner kann das Gehäuse mit Inertgas gefüllt sein, um eine Verschmutzung der Reaktionskomponenten im Reaktionsraum zu beeinflussen. Im Falle des Einsatzes als Pulvererzeugungssystem kann das Gehäuse ebenfalls als Auffangbecken und/oder als Separator für das erzeugte Pulver dienen. Plasma gases are the base material, such as a solid body, e.g. B. wire, to generate fine-dust powder from the base material. The housing has an inner volume in which the process or interaction area is present. The interaction area is thus protected from external influences. Furthermore, the housing can be filled with inert gas in order to influence contamination of the reaction components in the reaction space. When used as a powder generation system, the housing can also serve as a collecting basin and / or as a separator for the powder generated.
Das Gehäuse kann beispielsweise rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Eine Mittelachse des Gehäuses kann dabei parallel zu der Transportrichtung ausgebildet sein. Beispielsweise weist das Gehäuse eine hohlzylindrische Form mit einer runden, ovalen oder vieleckigen Grundfläche auf. Die Normale einer Grundfläche ist beispielsweise parallel zu der Transportrichtung ausgebildet. Insbesondere ist das Gehäuse derart ausgebildet, dass die Mittellinie des Gehäuses koaxial mit der Mittellinie des Düsenelements bzw. des The housing can, for example, be designed to be rotationally symmetrical. A central axis of the housing can be formed parallel to the transport direction. For example, the housing has a hollow cylindrical shape with a round, oval or polygonal base. The normal of a base is, for example, formed parallel to the transport direction. In particular, the housing is designed such that the center line of the housing is coaxial with the center line of the nozzle element or the
Grundkörpers ist. Base body is.
Das Gehäuse kann beispielsweise einen Flansch aufweisen, an welchen die Düsenvorrichtung befestigt werden kann. Dabei kann beispielsweise das Düsengehäuse oder das Fluidleitelement als Befestigungselement mit dem Gehäuse dienen. Alternativ kann das Gehäuse und die Düsenvorrichtung integral und einstückig, beispielsweise mittels additiver Fertigung, hergestellt werden. The housing can for example have a flange to which the nozzle device can be attached. For example, the nozzle housing or the fluid guide element can serve as a fastening element with the housing. Alternatively, the housing and the nozzle device can be produced integrally and in one piece, for example by means of additive manufacturing.
Das Gehäuse dient als Strömungskörper und beinhaltet eine The housing serves as a flow body and contains a
Strömungskammer. An einem der Transportrichtung entgegengesetzten Ende wird das Düsenelement befestigt, welches entsprechend die Öffnungen des weiteren Transportkanals und der Düsenauslässe beinhaltet. Die Flow chamber. The nozzle element, which accordingly contains the openings of the further transport channel and the nozzle outlets, is fastened to an end opposite the transport direction. The
Düsenvorrichtung bildet somit einen Düsenboden des Strömungskörpers. Der Düsenboden kann ein, zwei, oder mehrere Düsenvorrichtungen aufweisen. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Gehäuse einen Fluidkanal auf, welcher sich von der Düsenvorrichtung fort entlang der Transportrichtung erstreckt. Der Fluidkanal kann beispielsweise als The nozzle device thus forms a nozzle base of the flow body. The nozzle base can have one, two or more nozzle devices. According to a further exemplary embodiment, the housing has a fluid channel which extends away from the nozzle device along the transport direction. The fluid channel can, for example, as
hohlzylindrisches Rohr im Inneren des Gehäuses gebildet werden. In dem Fluidkanal wird der Vorgangs- bzw. Interaktionsbereich ausgebildet. Der Fluidkanal kann beispielsweise mit einem Kühlmedium wie Kühlluft umgeben werden, um diesen zu kühlen. Der Fluidkanal kann beispielsweise als hollow cylindrical tube can be formed inside the housing. The process or interaction area is formed in the fluid channel. The fluid channel can be surrounded, for example, with a cooling medium such as cooling air in order to cool it. The fluid channel can, for example, as
Kühlkanal genutzt werden. Cooling channel can be used.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Kühlkanal eine Mantelfläche (des hohlzylindrischen Rohres) mit Kühlöffnungen auf, welche derart ausgebildet sind, dass ein Kühlmedium von der Umgebung der Mantelfläche in den Kühlraum bzw. Kühlkanal einströmbar ist. Die According to a further exemplary embodiment, the cooling channel has a jacket surface (of the hollow cylindrical tube) with cooling openings which are designed such that a cooling medium can flow into the cooling space or cooling channel from the vicinity of the jacket surface. The
Kühlöffnungen können beispielsweise mittels Bohrungen gebildet werden. Die Kühlöffnungen bilden ferner jeweils beabstandete Schlitze, welche in Cooling openings can be formed, for example, by means of bores. The cooling openings also each form spaced-apart slots, which in
Umfangsrichtung beabstandet voneinander in der Mantelfläche ausgebildet sind. Are formed in the circumferential direction spaced from one another in the lateral surface.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist zumindest eine der Kühlöffnungen derart ausgebildet, dass das Kühlmedium mit einer According to a further exemplary embodiment, at least one of the cooling openings is designed such that the cooling medium with a
Komponente in Richtung der Transportrichtung einströmbar ist. Mit anderen Worten strömt das Kühlmedium nicht rein radial Richtung Mittellinie sondern auch mit einer axialen Komponente in Richtung der Transportrichtung. Somit wird nach dem Interaktionsbereich das Reaktionsprodukt (beispielsweise das feinkörnige Pulver) mittels des Kühlmediums entlang der Transportrichtung abtransportiert. Component can flow in in the direction of transport. In other words, the cooling medium does not flow purely radially in the direction of the center line but also with an axial component in the direction of the transport direction. Thus, after the interaction area, the reaction product (for example the fine-grain powder) is transported away by means of the cooling medium along the transport direction.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist zumindest eine der Kühlöffnungen derart ausgebildet, dass das Kühlmedium mit einer According to a further exemplary embodiment, at least one of the cooling openings is designed such that the cooling medium with a
Komponente in Umfangsrichtung einströmbar ist. Mit anderen Worten strömt das Kühlmedium nicht rein radial Richtung Mittellinie sondern auch mit einer Umfangskomponente um die Transportrichtung. Somit wird nach dem Component can flow in in the circumferential direction. In other words, the cooling medium does not flow purely radially towards the center line but also with a Circumferential component around the direction of transport. Thus, after the
Interaktionsbereich das Reaktionsprodukt (beispielsweise das feinkörnige Pulver) mittels des Kühlmediums in Rotation um die Mittelachse bzw. der Transportrichtung gelenkt. Durch diese umwälzende Strömung wirkt Interaction area, the reaction product (for example the fine-grained powder) is guided by means of the cooling medium in rotation around the central axis or the transport direction. It works through this circulating flow
beispielsweise eine Zentrifugalkraft auf die Partikel in dem Reaktionsprodukt, wodurch größere Partikel mit einer höheren Masse sich schneller radial nach außen absetzen als kleinere Partikel mit einer kleineren Masse. Somit kann beispielsweise eine Trennung zwischen groben und feineren Partikeln des Reaktionsprodukts durchgeführt werden. Der Kühlkanal mit der komplexen Kühlkanalgeometrie kann insbesondere mittels additiven Fertigungsverfahren hergestellt werden. for example a centrifugal force on the particles in the reaction product, whereby larger particles with a higher mass settle out more quickly than smaller particles with a smaller mass. Thus, for example, a separation between coarse and finer particles of the reaction product can be carried out. The cooling channel with the complex cooling channel geometry can in particular be produced by means of additive manufacturing processes.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Kühlkanal einen Befestigungsbereich mit dem Düsenelement auf, wobei in dem According to a further exemplary embodiment, the cooling channel has a fastening area with the nozzle element, in which
Befestigungsbereich der Interaktionsbereich vorliegt. Der Kühlkanal weist in dem Befestigungsbereich entlang der Transportrichtung einen anwachsenden Innendurchmesser auf. Mit anderen Worten weist der Kühlkanal von der Schnittstelle mit der Düsenvorrichtung in Transportrichtung eine Trichterform auf. Am Ende des Befestigungsbereichs geht der Kühlkanal beispielsweise in eine hohlzylindrische Form über. Aufgrund der Trichterform wird das Attachment area is the interaction area. The cooling channel has an increasing inner diameter in the fastening area along the transport direction. In other words, the cooling channel from the interface with the nozzle device has a funnel shape in the transport direction. At the end of the fastening area, the cooling channel merges into a hollow cylindrical shape, for example. Due to the funnel shape that will
Reaktionsprodukt, welches von dem Kühlmedium entlang der Reaction product, which from the cooling medium along the
Transportrichtung befördert wird, entspannt, sodass gewünschte Transport direction is conveyed, relaxed, so that desired
fluidmechanische Aspekte erzielt werden. fluid mechanical aspects can be achieved.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist der Kühlkanal beabstandet zu einer Außenwand des Gehäuses derart angeordnet, dass ein Versorgungskanal für das Kühlmedium bereitstellbar ist. Mit anderen Worten wird in einem Zwischenbereich zwischen dem Gehäuse und dem Kühlkanal der Versorgungskanal gebildet. Das Kühlmedium kühlt somit vor Eintritt in den Kühlkanal die Mantelfläche des Kühlkanals. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist in dem Versorgungskanal ein Strömungsgleichrichter angeordnet, weicher eingerichtet ist, ein Kühlmedium laminar in den Versorgungskanal einzuströmen. Der Strömungsgleichrichter weist beispielsweise eine Vielzahl von denen According to a further exemplary embodiment, the cooling channel is arranged at a distance from an outer wall of the housing in such a way that a supply channel for the cooling medium can be provided. In other words, the supply channel is formed in an intermediate area between the housing and the cooling channel. The cooling medium thus cools the jacket surface of the cooling channel before it enters the cooling channel. According to a further exemplary embodiment, a flow straightener is arranged in the supply channel, which is designed to allow a cooling medium to flow into the supply channel in a laminar manner. The flow straightener has a plurality of those, for example
Strömungskanälen auf, welche eine Erstreckungsrichtung parallel zu der Transportrichtung bzw. Mittelachse aufweisen. Der Strömungsgleichrichter besteht beispielsweise aus einem Hohlzylinder, wobei in einer inneren Öffnung der Kühlkanal hindurchgeführt wird . In seiner Mantelfläche weist der Flow channels which have a direction of extent parallel to the transport direction or central axis. The flow straightener consists, for example, of a hollow cylinder, the cooling channel being passed through an inner opening. In its outer surface, the
Hohlzylinder die Vielzahl von Strömungskanälen auf. Das Kühlmediums strömt somit durch die Strömungskanäle wird somit laminar parallel zu der Hollow cylinder on the multitude of flow channels. The cooling medium thus flows through the flow channels and is thus laminar parallel to the
Mittelachse ausgerichtet. Entsprechend können Turbulenzen des Kühlmediums in der Umgebung um den inneren Kühlkanal reduziert werden. Insbesondere weisen die Strömungskanäle eine mindestens 10 fache längere Kanallänge auf als deren Durchmesser. Dadurch wird sichergestellt, dass das Kühlmedium laminar gerichtet wird. Center axis aligned. Accordingly, turbulence in the cooling medium in the environment around the inner cooling channel can be reduced. In particular, the flow channels have a channel length that is at least 10 times longer than their diameter. This ensures that the cooling medium is directed in a laminar manner.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Gehäuse und/oder das Düsenelement ein Umlenkelement für das Kühlmedium auf, wobei das Umlenkelement in dem Versorgungskanal ausgebildet ist bzw. in diesen hineinragt. Das Umlenkelement ist derart ausgebildet, dass das According to a further exemplary embodiment, the housing and / or the nozzle element has a deflecting element for the cooling medium, the deflecting element being formed in the supply channel or protruding into it. The deflecting element is designed such that the
Kühlmedium im Versorgungskanal von einer Strömungsrichtung mit einer Komponente entgegen der Transportrichtung in eine Strömungsrichtung mit einer Komponente entlang der Transportrichtung umlenkbar ist. Cooling medium in the supply channel can be deflected from a flow direction with a component counter to the transport direction in a flow direction with a component along the transport direction.
Das Umlenkelement ist beispielsweise ein flächiges, scheibenartiges Element, wobei die in Transportrichtung gerichtete Oberfläche gekrümmt bzw. gebogen ausgebildet ist, um somit eine Umlenkung des Kühlmediums, welches entgegen der Transportrichtung strömt um ca. 100° bis 180° umzulenken.The deflecting element is, for example, a flat, disk-like element, the surface facing in the direction of transport being curved or bent in order to deflect a deflection of the cooling medium flowing counter to the direction of transport by approx. 100 ° to 180 °.
Nach der Umlenkung weist das Kühlmedium eine Strömungsrichtung in After the deflection, the cooling medium has a flow direction in
Transportrichtung, insbesondere mit einer radialen Richtungskomponente, auf. Nach der Umlenkung des Kühlmediums kann dieses beispielsweise durch die Öffnungen in den Kühlkanal einströmen. Transport direction, in particular with a radial directional component. After the cooling medium has been deflected, it can flow into the cooling channel through the openings, for example.
Das Umlenkelement kann beispielsweise an einem Ende des Gehäuses befestigt werden, an welchem Ende die Düsenvorrichtung befestigt ist. The deflecting element can for example be attached to one end of the housing, to which end the nozzle device is attached.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das According to a further exemplary embodiment, the
Umlenkelement zumindest einen Kühlmediumleitsteg (d. h. Fluidleitsteg) auf, welcher entlang einer Radialrichtung verläuft. Somit wird das Kühlmedium in Radialrichtung geführt und umgeleitet. Der Kühlmediumleitsteg erstreckt sich insbesondere von dem scheibenförmigen Umlenkelement in Transportrichtung hervor, um somit entsprechende Führungskanäle zu bilden. Ferner kann der Kühlmediumleitsteg insbesondere eine Richtungskomponente in Deflecting element has at least one cooling medium guide web (i.e. fluid guide web) which runs along a radial direction. The cooling medium is thus guided and diverted in the radial direction. The cooling medium guide web extends in particular from the disk-shaped deflecting element in the transport direction in order to thus form corresponding guide channels. Furthermore, the cooling medium guide web can in particular be a directional component in
Umfangsrichtung aufweisen. Have circumferential direction.
Dabei können die Fluidleitstege zunächst radial und im weiteren Verlauf parallel zur Transportrichtung verlaufen. Ferner können die Fluidleitstege eine Richtungskomponente entlang der Umfangsrichtung aufweisen, sodass ein Spin bzw. eine Rotation des Kühlmediums um die Mittellinie erzeugt wird. Ferner kann die Oberfläche des Fluidleitelements der Düsenvorrichtung, welche Oberfläche in Transportrichtung gerichtet ist und mit den Kühlkanal bildet, als Umlenkelement fungieren. The fluid guide webs can initially run radially and then parallel to the transport direction. Furthermore, the fluid guide webs can have a directional component along the circumferential direction, so that a spin or a rotation of the cooling medium is generated about the center line. Furthermore, the surface of the fluid guide element of the nozzle device, which surface is directed in the transport direction and forms with the cooling channel, can function as a deflecting element.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das System ein Separationsrohr auf, welches entlang der Mittelachse innerhalb des Kühlkanals angeordnet ist. Das Separationsrohr weist einen inneren Kanal auf, durch welchen erste Partikel entlang der Transportrichtung abführbar sind. Zwischen der Mantelfläche und dem Separationsrohr ist ein äußerer Kanal ausgebildet, durch welchen zweite Partikel entlang der Transportrichtung abführbar sind. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist das Separationsrohr einen Ringkanal für ein Transportfluid auf, welcher sich entlang der Transportrichtung erstreckt. Der Ringkanal weist zumindest eine innere Öffnung auf, durch welche das Transportfluid in Strömungsrichtung in den inneren Kanal einströmbar ist. Die innere Öffnung ist insbesondere derart ausgebildet, dass das Transportfluid mit einer Richtungskomponente in According to a further exemplary embodiment, the system has a separation tube which is arranged along the central axis within the cooling channel. The separation tube has an inner channel through which first particles can be removed along the transport direction. An outer channel is formed between the jacket surface and the separation tube, through which second particles can be removed along the transport direction. According to a further exemplary embodiment, the separation tube has an annular channel for a transport fluid which extends along the transport direction. The annular channel has at least one inner opening through which the transport fluid can flow into the inner channel in the direction of flow. The inner opening is designed in particular such that the transport fluid with a directional component in
Umfangsrichtung einströmbar ist. Can flow in the circumferential direction.
Somit wird insbesondere eine Sogwirkung in das Innere des Separationsrohres erzeugt, sodass Partikel nach dem Interaktionsbereich in das Separationsrohr eingesaugt werden können. Die inneren Öffnungen können dabei In particular, a suction effect is thus generated into the interior of the separation pipe, so that particles can be sucked into the separation pipe after the interaction area. The inner openings can thereby
beispielsweise eine Krümmung in Umfangsrichtung aufweisen oder for example have a curvature in the circumferential direction or
insbesondere das Transportfluid in Tangentialrichtung im Inneren des in particular the transport fluid in the tangential direction inside the
Separationsrohres einströmen. Flow into the separation pipe.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Ringkanal einen Anschluss zum Einströmen des Transportfluids entgegen der According to a further exemplary embodiment, the ring channel has a connection for the inflow of the transport fluid against the
Transportrichtung auf. Somit kann beispielsweise an einem Ende des Transport direction. Thus, for example, at one end of the
Gehäuses gegenüberliegend zu der Düsenvorrichtung ein Transportfluid in den Ringkanal eingebracht werden. Mit anderen Worten bildet der Ringkanal entgegen der Transportrichtung ein axiales Ende derart aus, dass das Housing opposite to the nozzle device, a transport fluid can be introduced into the annular channel. In other words, the ring channel forms an axial end opposite to the transport direction in such a way that the
Transportfluid entgegen der Transportrichtung den Kühlkanal einströmbar ist. Transport fluid can flow into the cooling channel counter to the transport direction.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Ringkanal zumindest eine äußere Öffnung auf, durch welche das Transportfluid in According to a further exemplary embodiment, the annular channel has at least one outer opening through which the transport fluid enters
Strömungsrichtung in den äußeren Kanal einströmbar ist, wobei die äußere Öffnung insbesondere derart ausgebildet ist, dass das Transportfluid mit einer Richtungskomponente in Umfangsrichtung einströmbar ist. The direction of flow can flow into the outer channel, the outer opening being designed in particular such that the transport fluid can flow in with a directional component in the circumferential direction.
Das Separationsrohr ragt somit entgegen der Transportrichtung in den The separation tube thus protrudes against the transport direction in the
Kühlkanal. Der Separationsrohr bzw. das Tauchrohr kann als Doppelmantel- Hohlkörper, beispielsweise zylindrischer Form (Doppelmantelrohr), ausgeführt sein, um den Ringkanal zu bilden. Im Raum zwischen den Mantelflächen vom Separationsrohr strömt das Transportfluid beispielweise entgegen der Cooling duct. The separation pipe or the immersion pipe can be used as a double jacket Hollow body, for example a cylindrical shape (double jacket tube), be designed to form the annular channel. In the space between the jacket surfaces of the separation pipe, the transport fluid flows, for example, against the
Transportrichtung ein. In den Mantelflächen kann zumindest ein Transport direction. At least one
Umlenkelement, welches aufgrund seiner winkeligen oder gekrümmten Fläche das Transportfluid umlenkt, mit zumindest einer Komponente Richtung radial nach innen oder radial nach außen verlaufender Öffnung (Steueröffnung bzw. Steuerschlitz) ausgeführt sein. Mit anderen Worten strömt das Transportfluid nicht rein in Transportrichtung durch die Mantelfläche des Separationsrohrs in den Kühlkanal oder in den inneren Kanal des Separationsrohrs ein. Zusätzlich kann das Tauchrohr am entgegen der Transportrichtung liegenden Ende Trichterförmig zulaufend sein und/oder Steuerschlitze entgegen der Deflection element, which due to its angled or curved surface deflects the transport fluid, can be designed with at least one component opening (control opening or control slot) running radially inwards or radially outwards. In other words, the transport fluid does not flow purely in the transport direction through the jacket surface of the separation tube into the cooling channel or into the inner channel of the separation tube. In addition, the immersion tube can be funnel-shaped at the end opposite to the transport direction and / or control slots opposite to the
Transportrichtung aufweisen. Verbindungselemente im Hohlkörper bzw. des Ringkanals, welche das Umlenkelement mit dem Hohlkörper verbinden, können als Separatormediumleitstege ausgebildet sein. Have transport direction. Connecting elements in the hollow body or the annular channel, which connect the deflecting element to the hollow body, can be designed as separator medium guide webs.
Separatormediumleitstege können radial parallel zur Transportrichtung gerichtet sein. Alternativ können diese eine Richtungskomponente entlang der Umfangsrichtung aufweisen, sodass ein Spin bzw. eine Rotation des Separator medium guide webs can be directed radially parallel to the transport direction. Alternatively, they can have a directional component along the circumferential direction so that a spin or rotation of the
Separatorsteuerfluid um die Mittellinie eingeleitet werden kann. Über geometrische Verhältnisse wie beispielsweise, Separationsrohrposition, Separationsrohrlänge, Separationsrohrdurchmesser, Steuerschlitzgröße, Steuerschlitzwinkel, Steuerschlitzanzahl, und/oder der Parameterwahl von Separatorsteuerfluid wie beispielsweise Druck, Massendurchsatz, kann ein Separationseffekt des Reaktionsmaterials gesteuert werden. Mit anderen Worten kann bei einer beispielsweisen Anwendung zur Pulverherstellung das Pulver in zwei oder mehreren Fraktionen (Partikelgrößen) separiert werden. Das Separationsrohr wird beispielsweise aus einzelnen Elementen durch Verbinden mit beispielsweise Schrauben gefertigt, oder integral, in einem Stück, durch ein Gussverfahren oder insbesondere durch eine additive Separator control fluid can be introduced around the center line. A separation effect of the reaction material can be controlled via geometric relationships such as, for example, separation tube position, separation tube length, separation tube diameter, control slot size, control slot angle, number of control slots, and / or the choice of parameters for separator control fluid such as pressure, mass flow rate. In other words, in an application for powder production, for example, the powder can be separated into two or more fractions (particle sizes). The separation tube is manufactured, for example, from individual elements by connecting, for example, screws, or integrally, in one piece, by a casting process or, in particular, by an additive one
Fertigung hergestellt. Durch eine Haltevorrichtung, welche beispielsweise aus Stegen oder einem Flansch besteht, wird das Separationsrohr mit dem Gehäuse gekoppelt. Das Gehäuse und das Separationsrohr können integral in einem Stück wie beispielsweise durch ein Gussverfahren oder insbesondere durch eine additive Fertigung hergestellt werden. Manufacturing made. The separation tube is coupled to the housing by a holding device, which consists for example of webs or a flange. The housing and the separation tube can be manufactured integrally in one piece, for example by a casting process or in particular by additive manufacturing.
Bei integraler additiver Fertigung von Gehäuse und/oder Düsenvorrichtung und/oder Tauchrohr werden Leitstege als Stützstruktur genutzt. In the case of integral additive manufacturing of the housing and / or nozzle device and / or immersion tube, guide bars are used as a support structure.
Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner It should be noted that the embodiments described here represent only a limited selection of possible embodiment variants of the invention. So it is possible to identify the characteristics of each
Ausführungsformen in geeigneter weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Embodiments can be combined with one another in a suitable manner, so that for the person skilled in the art, with the embodiment variants explicitly shown here, a large number of different embodiments are to be seen as obviously disclosed. In particular, some embodiments of the invention are included
Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Device claims and other embodiments of the invention with method claims described. However, it will immediately become clear to the person skilled in the art upon reading this application that, unless explicitly stated otherwise, in addition to a combination of features belonging to a type of subject matter of the invention, any combination thereof
Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören. Combination of features is possible that belong to different types of subjects of the invention.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In the following, for further explanation and for better understanding of the present invention, exemplary embodiments are described in more detail with reference to the accompanying drawings.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zum Erzeugen eines Pulvers aus einem Grundmaterial gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei insbesondere der Ausschnitt im Übergang zwischen der Düsenvorrichtung und dem Gehäuse dargestellt ist. 1 shows a schematic representation of a system for producing a powder from a base material according to an exemplary embodiment of the present invention, with the section in the transition between the nozzle device and the housing being shown in particular.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Systems aus Fig. 1. FIG. 2 shows a schematic illustration of the system from FIG. 1.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Düsenvorrichtung mit einem Düsengehäuse gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 shows a schematic representation of a nozzle device with a nozzle housing according to an exemplary embodiment of the present invention.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen eine schematische Darstellung einer Düsenvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. FIGS. 4 and 5 show a schematic illustration of a nozzle device according to an exemplary embodiment of the present invention.
Fig. 6 und Fig. 7 zeigen Draufsichten auf eine Düsenvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführung von der vorliegenden Erfindung. 6 and 7 show top views of a nozzle device according to an exemplary embodiment of the present invention.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung einer Düsenvorrichtung mit Fig. 8 shows a schematic representation of a nozzle device with
Strömungswegen von zwei ionisierbaren Gasen und einem Grundmaterial gemäß einer beispielhaften Ausführung von der vorliegenden Erfindung. Flow paths of two ionizable gases and a base material according to an exemplary embodiment of the present invention.
Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung einer Düsenvorrichtung mit Fig. 9 shows a schematic representation of a nozzle device with
Strömungsrichtung von vier ionisierbaren Gasen und einem Grundmaterial gemäß einer beispielhaften Ausführung von der vorliegenden Erfindung. Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung eines Kühlmediumsleitstegs eines Umlenkelements gemäß einer beispielhaften Ausführung von der vorliegenden Erfindung. Direction of flow of four ionizable gases and a base material according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 10 shows a schematic illustration of a cooling medium guide web of a deflecting element according to an exemplary embodiment of the present invention.
Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung eines Separationsrohres in einem Kühlkanal gemäß einer beispielhaften Ausführung von der vorliegenden Erfindung. 11 shows a schematic illustration of a separation tube in a cooling channel according to an exemplary embodiment of the present invention.
Fig. 12 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Separationsrohres aus Fig. 11. FIG. 12 shows a schematic sectional illustration of the separation tube from FIG. 11.
Detaillierte Beschreibung von exemplarischen Ausführunasformen Detailed description of exemplary embodiments
Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch. Identical or similar components in different figures are provided with the same reference numbers. The representations in the figures are schematic.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen ein System zum Erzeugen eines Pulvers aus einem Grundmaterial 101 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei in Fig. 1 insbesondere der Ausschnitt im 1 and 2 show a system for producing a powder from a base material 101 according to an exemplary embodiment of the present invention, in FIG. 1 in particular the section in
Übergang zwischen der Düsenvorrichtung 100 und dem Gehäuse 130 dargestellt ist. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Systems aus Fig. 1. Transition between the nozzle device 100 and the housing 130 is shown. FIG. 2 shows a schematic illustration of the system from FIG. 1.
Das System weist die Düsenvorrichtung 100 und das Gehäuse 130 zur The system assigns the nozzle device 100 and the housing 130
Aufnahme der Düsenvorrichtung 100 auf. Die Düsenvorrichtung 100 ist an das Gehäuse 130 derart gekoppelt, dass ein Interaktionsbereich 103 in dem Gehäuse 130 vorliegt. Die Düsenvorrichtung 100 dient zum Zusammenführen eines ionisierbaren Gases 102, 105 und eines Grundmaterials 101 in dem Interaktionsbereich 103. Die Düsenvorrichtung 100 weist zunächst einen Grundkörper 110 auf, welcher einen Transportkanal 111 aufweist zum Führen des Grundmaterials 101 entlang einer Transportrichtung 106 zu einem Endbereich 114 des Recording of the nozzle device 100. The nozzle device 100 is coupled to the housing 130 in such a way that an interaction region 103 is present in the housing 130. The nozzle device 100 serves to bring together an ionizable gas 102, 105 and a base material 101 in the interaction area 103. The nozzle device 100 initially has a base body 110, which has a transport channel 111 for guiding the base material 101 along a transport direction 106 to an end region 114 of the
Grundkörpers 110. Der Grundkörper 110 weist ferner einen ersten Base body 110. The base body 110 also has a first
Plasmakanal 112 zum Führen des ersten ionisierbaren Gases 102 entlang der Transportrichtung 106 und einen zweiten Plasmakanal 113 (welcher von dem ersten Plasmakanal 112 beabstandet ist) zum Führen des zweiten Plasma channel 112 for guiding the first ionizable gas 102 along the transport direction 106 and a second plasma channel 113 (which is spaced from the first plasma channel 112) for guiding the second
ionisierbaren Gases 105 entlang der Transportrichtung 106. In dem ionizable gas 105 along the transport direction 106. In the
Endbereich 114 des Grundkörpers weist der erste Plasmakanal 112 einen ersten Gasauslass und der zweite Plasmakanal 113 einen zweiten Gasauslass auf. In the end region 114 of the base body, the first plasma channel 112 has a first gas outlet and the second plasma channel 113 has a second gas outlet.
Der Grundkörper 110 weist ferner einen Koppelbereich 115 bzw. einen The base body 110 also has a coupling area 115 or a
Elektronenmantel 307 für eine Elektrodenvorrichtung 150 derart auf, dass das erste ionisierbare Gas 102 in dem ersten Plasmakanal 112 und das zweite ionisierbaren Gas 105 in dem zweiten Plasmakanal 105 ionisierbar sind. Electron jacket 307 for an electrode device 150 such that the first ionizable gas 102 in the first plasma channel 112 and the second ionizable gas 105 in the second plasma channel 105 are ionizable.
Ferner weist die Düsenvorrichtung 100 ein Düsenelement 120 auf, welches an dem Endbereich 114 des Grundkörpers 110 mit diesem gekoppelt ist. Das Düsenelement 120 weist einen weiteren Transportkanal 121 auf, welcher mit dem Transportkanal 111 derart gekoppelt ist, dass das Grundmaterial 101 von dem Grundkörper 110 in den Interaktionsbereich 103 außerhalb des Furthermore, the nozzle device 100 has a nozzle element 120 which is coupled to the base body 110 at the end region 114 of the latter. The nozzle element 120 has a further transport channel 121 which is coupled to the transport channel 111 in such a way that the base material 101 moves from the base body 110 into the interaction area 103 outside the
Düsenelements 120 entlang der Transportrichtung 106 überführbar ist. Ferner weist das Düsenelement 120 einen ersten Düsenauslass 122, welcher mit dem ersten Plasmakanal 112 gekoppelt ist und einen zweiten Düsenauslass 123 auf, welcher mit dem zweiten Plasmakanal 113 gekoppelt ist. Nozzle element 120 can be transferred along the transport direction 106. Furthermore, the nozzle element 120 has a first nozzle outlet 122 which is coupled to the first plasma channel 112 and a second nozzle outlet 123 which is coupled to the second plasma channel 113.
Der erste Düsenauslass 122 zum Führen des ersten ionisierbaren Gases 102 und der zweite Düsenauslass 123 zum Führen des zweiten ionisierbaren Gases 105 sind derart ausgebildet, dass das erste ionisierbare Gas 102 und das zweite ionisierbare Gas 105 in den Interaktionsbereich 103 zur Reaktion mit dem Grundmaterial 101 einströmbar sind. The first nozzle outlet 122 for guiding the first ionizable gas 102 and the second nozzle outlet 123 for guiding the second ionizable gas 105 are designed in such a way that the first ionizable gas 102 and the second ionizable gas 105 can flow into the interaction region 103 for reaction with the base material 101.
Das Grundmaterial 101 ist beispielsweise ein Feststoff, wie beispielsweise ein Draht, beispielsweise ein Kupferdraht, Aluminiumdraht, Nickeldraht, Titandraht oder ein Wolframdraht. Als ionisierbares Gas 102, 105, welches in einem geladenen Zustand als Plasmagas auf das Grundmaterial 101 im The base material 101 is for example a solid such as a wire, for example a copper wire, aluminum wire, nickel wire, titanium wire or a tungsten wire. As an ionizable gas 102, 105, which in a charged state as a plasma gas on the base material 101 in the
Interaktionsbereich 103 trifft, kann beispielsweise ein Inertgas bzw. Argon (Ar) verwendet werden. Interaction region 103 meets, for example, an inert gas or argon (Ar) can be used.
Der Grundkörper 110 weist eine zylindrische Stiftform auf. Der Grundkörper 110 ist insbesondere integral und einstückig ausgebildet und weist den The base body 110 has a cylindrical pin shape. The base body 110 is in particular formed integrally and in one piece and has the
Transportkanal 111, den ersten Plasmakanal 112 und den zweiten Transport channel 111, the first plasma channel 112 and the second
Plasmakanal 113 auf. Mit anderen Worten verlaufen mehrere Plasmakanäle 112, 113 und der zumindest eine Transportkanal 111 in einem integralen einstückigen Grundkörper. In den Plasmakanälen 112, 113 kann ein und dasselbe ionisierbare Gas oder eine Vielzahl unterschiedlicher ionisierbarer Gase durchgeführt werden können. Plasma channel 113 on. In other words, several plasma channels 112, 113 and the at least one transport channel 111 run in an integral one-piece base body. One and the same ionizable gas or a multiplicity of different ionizable gases can be carried through the plasma channels 112, 113.
Die Transportrichtung 106 definiert insbesondere den Vortrieb bzw. die The transport direction 106 defines in particular the propulsion or the
Strömungsrichtung des Grundmaterials 101 durch den Grundkörper 110 und durch das Düsenelement 120 in den Interaktionsbereich 103. Direction of flow of the base material 101 through the base body 110 and through the nozzle element 120 into the interaction region 103.
Insbesondere weist der Grundköper 110 den Koppelbereich 115 für die In particular, the base body 110 has the coupling area 115 for the
Elektrodenvorrichtung 150 auf. Die Elektrodenvorrichtung 150 kann dabei derart an dem Grundkörper 110 direkt oder indirekt, z.B. an ein Electrode device 150. The electrode device 150 can be attached to the base body 110 directly or indirectly, e.g. on a
Düsengehäuse 140, befestigt werden und einen Energieeintrag in den entsprechenden ersten und/oder zweiten Plasmakanal 112, 113 bereitstellen. Das Düsenelement 120 besteht aus einem Vollmaterial mit einer hohen Temperaturbeständigkeit. Das Düsenelement 120 ist an dem Endbereich 114 des Grundkörpers 110 befestigt. Der Transportkanal 111 ist mit dem weiteren Transportkanal 121, der erste Düsenauslass 122 ist mit dem ersten Nozzle housing 140, are attached and provide an energy input into the corresponding first and / or second plasma channel 112, 113. The nozzle element 120 consists of a solid material with a high temperature resistance. The nozzle element 120 is fastened to the end region 114 of the base body 110. The transport channel 111 is with the further transport channel 121, the first nozzle outlet 122 is with the first
Plasmakanal 112 und der zweite Düsenauslass 123 mit dem zweiten Plasma channel 112 and the second nozzle outlet 123 with the second
Plasmakanal 113 gekoppelt sind. Der erste und/oder der zweite Düsenauslass 122, 123 weisen verjüngende Kanäle auf und entsprechend an dem Austritt in Richtung Interaktionsbereich 103 den kleinsten Querschnitt aufweisen. Die Düsenauslässe 122, 123 sind derart ausgebildet, dass das entsprechend ionisierte Gas 102, 103 in den Interaktionsbereich 103 eingeströmt wird. Der weitere Transportkanal 121 ist entsprechend ausgebildet, dass das Plasma channel 113 are coupled. The first and / or the second nozzle outlet 122, 123 have tapering channels and accordingly have the smallest cross section at the exit in the direction of the interaction area 103. The nozzle outlets 122, 123 are designed in such a way that the correspondingly ionized gas 102, 103 flows into the interaction region 103. The further transport channel 121 is designed accordingly that the
Grundmaterial 101 hindurchgeführt wird und in den Interaktionsbereich 103 hineinragt. Der erste Düsenauslass 122 und der zweite Düsenauslass 123 sind dabei insbesondere derart ausgebildet, dass das erste ionisierbare Gas 102 und das zweite ionisierbare Gas 105 sich in einem Scheitelpunkt im Base material 101 is passed through and protrudes into the interaction area 103. The first nozzle outlet 122 and the second nozzle outlet 123 are designed in particular such that the first ionizable gas 102 and the second ionizable gas 105 are at an apex in the
Interaktionsbereich 103 treffen. Der weitere Transportkanal 121 ist Meet interaction area 103. The further transport channel 121 is
ausgebildet, dass das Grundmaterial 101 ebenfalls durch den Scheitelpunkt verläuft. formed that the base material 101 also runs through the vertex.
Der Interaktionsbereich 103 liegt in Transportrichtung 106 außerhalb des Düsenelements 120. In dem Interaktionsbereich findet die Reaktion zwischen dem Grundmaterial und dem ionisierbaren bzw. ionisierten Gas statt. The interaction area 103 lies outside the nozzle element 120 in the transport direction 106. The reaction between the base material and the ionizable or ionized gas takes place in the interaction area.
Aufgrund der hohen Temperaturen in dem Scheitelpunkt aufgrund des ionisierten Gases 102, 105 kann insbesondere eine Reaktion zwischen dem ionisierten Gas 102, 105 und dem Grundmaterial 101 erzeugt werden. Due to the high temperatures in the apex due to the ionized gas 102, 105, in particular a reaction between the ionized gas 102, 105 and the base material 101 can be generated.
Erzeugten. Das Grundmaterial 101 kann aufgrund der hohen Temperatur des ionisierten Gases 102, 105 automatisiert und in kleine, insbesondere kugelförmige Tropfen, aufgeschmolzen werden. Die Tropfen weisen Generated. Due to the high temperature of the ionized gas 102, 105, the base material 101 can be automated and melted into small, in particular spherical drops. The drops show
insbesondere eine Partikelgröße von weniger als 500 mm, insbesondere von weniger als 200 mm auf. In einem nachfolgenden Abkühlprozess im Kühlkanal 131 können die geschmolzenen Tröpfchen zu kleinen Partikeln verfestigt werden, sodass ein äußerst feinkörniges Pulver, welches beispielsweise für die additive Fertigung notwendig ist, bereitgestellt werden. in particular a particle size of less than 500 mm, in particular less than 200 mm. In a subsequent cooling process in the cooling channel 131, the melted droplets can be solidified into small particles, so that an extremely fine-grained powder, which is necessary for additive manufacturing, for example, is provided.
Das Gehäuse 130 weist ein inneres Volumen auf, in welchem der The housing 130 has an internal volume in which the
Interaktionsbereich 103 vorliegt. Der Interaktionsbereich 103 ist somit geschützt vor äußeren Einflüssen. Interaction area 103 is present. The interaction area 103 is thus protected from external influences.
Das Gehäuse 130 ist rotationssymmetrisch ausgebildet. Eine Mittelachse 104 des Gehäuses 130 ist dabei parallel zu der Transportrichtung 106 ausgebildet. Das Gehäuse 130 weist eine hohlzylindrische Form auf. Die Mittellinie 104 des Gehäuses 130 ist koaxial mit der Mittellinie 104 des Düsenelements 120 bzw. des Grundkörpers 110. The housing 130 is designed to be rotationally symmetrical. A central axis 104 of the housing 130 is formed parallel to the transport direction 106. The housing 130 has a hollow cylindrical shape. The center line 104 of the housing 130 is coaxial with the center line 104 of the nozzle element 120 or of the base body 110.
Das Gehäuse 130 weist einen Flansch auf, an welchen die Düsenvorrichtung 100 befestigt ist. The housing 130 has a flange to which the nozzle device 100 is attached.
Der Transportkanal 111 ist als Bohrung im Inneren des Grundkörpers 110 ausgebildet. Der Grundkörper ist rotationssymmetrisch ausgebildet, wobei eine Mittelachse 104 des Grundkörpers 110 parallel zu der Transportrichtung 106 ausgebildet ist. Der Transportkanal 111 verläuft entlang der Mittelachse (Rotationsachse) 104 des Grundkörpers 110. Somit liegt der Transportkanal 111 im Zentrum des Grundkörpers 110 und erstreckt sich insbesondere translatorisch. The transport channel 111 is designed as a bore in the interior of the base body 110. The base body is designed to be rotationally symmetrical, with a central axis 104 of the base body 110 being parallel to the transport direction 106. The transport channel 111 runs along the central axis (axis of rotation) 104 of the base body 110. The transport channel 111 is therefore in the center of the base body 110 and extends in particular in a translatory manner.
Der erste Düsenauslass 122 und der zweite Düsenauslass 123 sind derart ausgebildet, dass das entsprechende ionisierte Gas eine Strömungsrichtung mit einer zu der Mittelachse 104 radialen (Richtungs-) Komponente aufweist. The first nozzle outlet 122 and the second nozzle outlet 123 are designed such that the corresponding ionized gas has a flow direction with a (directional) component that is radial to the central axis 104.
Als axiale Richtung wird die Richtung parallel der Transportrichtung 106 definiert. Die radiale Richtung 107 entspricht einer Richtung, welche orthogonal zu der axialen Richtung ausgebildet ist und durch die Mittellinie 104 bzw. Rotationsachse des Grundkörpers 110 verläuft. Die Umlaufrichtung 108 ist orthogonal zu der axialen Richtung und der Radialrichtung 107. The direction parallel to the transport direction 106 is defined as the axial direction. The radial direction 107 corresponds to a direction which is formed orthogonal to the axial direction and runs through the center line 104 or axis of rotation of the base body 110. The direction of rotation 108 is orthogonal to the axial direction and the radial direction 107.
Das ionisierte Gas (d. h. das Plasmagas) wird mit einem bestimmten Winkel a (siehe Fig. 8) relativ zu der Transportrichtung 106 in den Interaktionsbereich 103 eingeströmt. Der Winkel a ist zwischen der Strömungsrichtung aus den entsprechenden Düsenauslässen 122, 123 einerseits und der axialen Richtung andererseits definiert. Aufgrund des gewinkelten Ausströmens des ionisierten Gases 102, 105 durch die entsprechenden Düsenauslässe 122, 123 strömt das ionisierte Gas 102, 105 in Richtung eines Scheitelpunkts 800 (siehe Fig. 8) auf der Mittelachse 104 im Interaktionsbereich 103, um mit dem Grundmaterial 101 zu reagieren. The ionized gas (i.e. the plasma gas) is flowed into the interaction region 103 at a certain angle α (see FIG. 8) relative to the transport direction 106. The angle α is defined between the direction of flow from the corresponding nozzle outlets 122, 123 on the one hand and the axial direction on the other. Due to the angled outflow of the ionized gas 102, 105 through the corresponding nozzle outlets 122, 123, the ionized gas 102, 105 flows in the direction of an apex 800 (see FIG. 8) on the central axis 104 in the interaction area 103 in order to react with the base material 101 .
Der erste Düsenauslass 122 oder der zweite Düsenauslass 123 können ferner derart ausgebildet sein, dass das entsprechende ionisierte Gas 102, 105 eine Strömungsrichtung mit einer zu der Mittelachse 104 umlaufenden (Richtungs-) Komponente, d. h. in Umfangsrichtung 108, aufweist. Somit erhält das ausströmende ionisierte Gas 102, 105 eine rotierende Richtung in The first nozzle outlet 122 or the second nozzle outlet 123 can furthermore be designed in such a way that the corresponding ionized gas 102, 105 has a flow direction with a (directional) component that encircles the central axis 104, i. H. in the circumferential direction 108 has. The outflowing ionized gas 102, 105 is thus given a rotating direction in
Umfangsrichtung 108 um die Mittelachse 104. Circumferential direction 108 about central axis 104.
Der erste Plasmakanal 112 und der zweite Plasmakanal 113 sind jeweils beabstandet von der Mittelachse 104 des Grundkörpers 110 ausgebildet. The first plasma channel 112 and the second plasma channel 113 are each formed at a distance from the central axis 104 of the base body 110.
Die Düsenvorrichtung 100 weist ferner ein, insbesondere scheibenförmiges, Fluidleitelement 124 auf, welches mit dem Düsenelement 120 gekoppelt ist. Zwischen dem Fluidleitelement 124 und dem Düsenelement 120 ist ein ringförmiger Steuerkanal 127 ausgebildet, welcher um das Düsenelement 120 verläuft. Der Steuerkanal 127 ist derart ausgebildet, dass Steuerfluid 125, z. B. kühlendes Inertgas oder Kühlluft, in oder um den Interaktionsbereich 103 strömbar ist. Der Steuerkanal 124 ist insbesondere derart ausgebildet, dass das Steuerfluid 125 das in den Interaktionsbereich 103 einströmende ionisierte Gas 102, 105 und das Grundmaterial 101 umhüllt. Der Fluiddruck des Steuerfluids 125 ist einstellbar, z. B. mittels einer entsprechenden Pumpenvorrichtung. Die Höhe des Drucks und/oder der Geschwindigkeit der Steuerfluids 125 steuert die örtliche Ausbildung des Interaktionsbereichs 103 bzw. des Scheitelpunkts 800 entlang der Transportrichtung 106. Je höher die Fluidgeschwindigkeit des Steuerfluids 125 bzw. je höher der Fluiddruck des Steuerfluids 125, desto weiter entfernt wird der Interaktionsbereich 103, in welchen sich der The nozzle device 100 also has a, in particular disk-shaped, fluid guide element 124, which is coupled to the nozzle element 120. An annular control channel 127, which runs around the nozzle element 120, is formed between the fluid guide element 124 and the nozzle element 120. The control channel 127 is designed such that control fluid 125, for. B. cooling inert gas or cooling air, in or around the interaction area 103 can flow. The control channel 124 is designed in particular in such a way that the control fluid 125 envelops the ionized gas 102, 105 flowing into the interaction region 103 and the base material 101. The fluid pressure of the control fluid 125 is adjustable, e.g. B. by means of an appropriate pump device. The level of pressure and / or the speed of the control fluid 125 controls the local formation of the interaction area 103 or the apex 800 along the transport direction 106. The higher the fluid speed of the control fluid 125 or the higher the fluid pressure of the control fluid 125, the further away it is the interaction area 103, in which the
Scheitelpunkt 800 des ionisierten Gases mit dem Grundmaterial 101 vorliegt, ausgebildet. Vertex 800 of the ionized gas with the base material 101 is formed.
Das Fluidleitelement 124 kann das Steuerfluid 125 mit einer radialen The fluid guide element 124 can control fluid 125 with a radial
Richtungskomponente in den Interaktionsbereich 103 einströmen. Somit kann das Steuerfluid 125 umfänglich mit einer radialen Strömung in den Directional components flow into the interaction area 103. Thus, the control fluid 125 can circumferentially with a radial flow in the
Interaktionsbereich 103 eingeströmt werden. Nach einem Kreuzungspunkt des Steuerfluids 125 auf der Mittelachse 104 strömt dieses stromabwärts bezüglich der Transportrichtung 106 von dem Interaktionsbereich 103 entsprechend von der Mittelachse 104 nach außen und bildet einen nach außen gerichteten Strömungskegel. Dies führt dazu, dass größere Partikel (Grobpartikel 143) weiter nach außen bezüglich der Mittelachse 104 getragen werden als kleinere Partikel (Feinpartikel 142). Entsprechend befinden sich entlang der Interaction area 103 are flowed in. After a point of intersection of the control fluid 125 on the central axis 104, it flows downstream with respect to the transport direction 106 from the interaction area 103 outwards from the central axis 104 and forms an outwardly directed flow cone. As a result, larger particles (coarse particles 143) are carried further outwards with respect to the central axis 104 than smaller particles (fine particles 142). Accordingly, are located along the
Transportrichtung 106 im Zentrum um die Mittelachse 104 kleinere Partikel 142 und in einem größeren Abstand von der Mittelachse 104 entsprechend größere Partikel 143. Transport direction 106 in the center around the central axis 104 smaller particles 142 and at a greater distance from the central axis 104 correspondingly larger particles 143.
Das Fluidleitelement 124 erstreckt sich senkrecht zur Transportrichtung 106 bzw. zur Mittellinie 104, wobei es eine geringe Dicke aufweist. Das The fluid guide element 124 extends perpendicular to the transport direction 106 or to the center line 104, wherein it has a small thickness. The
Fluidleitelement 124 ist entsprechend scheibenförmig ausgebildet. Das Gehäuse 130 weist einen Kühlkanal 131 auf, welcher sich von der Fluid guide element 124 is correspondingly designed in the form of a disk. The housing 130 has a cooling channel 131 which extends from the
Düsenvorrichtung 100 fort entlang der Transportrichtung 106 erstreckt. Der Kühlkanal 131 ist beispielsweise als hohlzylindrisches Rohr im Inneren des Gehäuses 130 gebildet. In dem Kühlkanal 131 wird der Interaktionsbereich 103 ausgebildet. Der Kühlkanal 131 ist mit einer Kühlluft bzw. Kühlmedium 134 umgeben. The nozzle device 100 extends along the transport direction 106. The cooling channel 131 is formed, for example, as a hollow cylindrical tube in the interior of the housing 130. The interaction region 103 is formed in the cooling channel 131. The cooling channel 131 is surrounded by a cooling air or cooling medium 134.
Der Kühlkanal 131 weist eine Mantelfläche 132 (des hohlzylindrischen Rohres) mit Kühlöffnungen 133 auf, welche derart ausgebildet sind, dass das The cooling channel 131 has a jacket surface 132 (of the hollow cylindrical tube) with cooling openings 133 which are designed such that the
Kühlmedium 134 von der Umgebung der Mantelfläche 132 in den Kühlraum einströmbar ist. Die Kühlöffnungen 133 sind beabstandete Schlitze bzw. Cooling medium 134 can flow into the cooling space from the surroundings of the lateral surface 132. The cooling openings 133 are spaced apart slots or
Öffnungen, welche in Umfangsrichtung 108 und in Axialrichtung 106 beabstandet voneinander in der Mantelfläche 132 ausgebildet sind. Openings which are formed in the circumferential direction 108 and spaced apart from one another in the axial direction 106 in the jacket surface 132.
Die Kühlöffnungen 133 sind derart ausgebildet, dass das Kühlmedium 134 mit einer Komponente in Richtung der Transportrichtung 106 einströmbar ist. Somit wird nach dem Interaktionsbereich 103 das Reaktionsprodukt The cooling openings 133 are designed in such a way that the cooling medium 134 with one component can flow in in the direction of the transport direction 106. Thus, after the interaction area 103 becomes the reaction product
(beispielsweise das feinkörnige Pulver) mittels des Kühlmediums 134 entlang der Transportrichtung 106 abtransportiert. (for example the fine-grain powder) transported away by means of the cooling medium 134 along the transport direction 106.
Die Kühlöffnungen 133 sind derart ausgebildet, dass das Kühlmedium 134 mit einer Komponente in Umfangsrichtung 108 einströmbar ist. Mit anderen Worten strömt das Kühlmedium 134 nicht rein radial Richtung Mittellinie 104 sondern auch mit einer Umfangskomponente 108. Somit wird nach dem Interaktionsbereich 103 das Reaktionsprodukt (beispielsweise das feinkörnige Pulver) mittels des Kühlmediums 133 in Rotation um die Mittelachse 104 gelenkt (siehe spiralförmige Pfeile). Durch diese umwälzende Strömung wirkt beispielsweise eine Zentrifugalkraft auf die Partikel in dem Reaktionsprodukt, wodurch größere Partikel 143 mit einer höheren Masse sich schneller radial nach außen absetzen als kleinere Partikel 142 mit einer kleineren Masse. Somit kann beispielsweise eine Trennung zwischen groben und feineren Partikeln 142, 143 des Reaktionsprodukts durchgeführt werden. The cooling openings 133 are designed in such a way that the cooling medium 134 with one component can flow in in the circumferential direction 108. In other words, the cooling medium 134 does not flow purely radially in the direction of the center line 104 but also with a peripheral component 108. Thus, after the interaction area 103, the reaction product (for example the fine-grained powder) is guided in rotation around the central axis 104 by means of the cooling medium 133 (see spiral arrows) . As a result of this circulating flow, for example, a centrifugal force acts on the particles in the reaction product, as a result of which larger particles 143 with a higher mass settle out more quickly than smaller particles 142 with a smaller mass. Thus, for example, a separation between coarse and finer particles 142, 143 of the reaction product can be carried out.
Um den Separationseffekt zu verstärken kann ein Separationsrohr 141 vorgesehen werden, welches entlang der Mittelachse 104 innerhalb des Kühlkanals 131 angeordnet ist. Die Feinpartikel 142 können im Inneren des Separationsrohrs 141 abgeführt werden, während die Grobpartikel 143 außerhalb des Separationsrohrs 141 abgeführt werden. In order to increase the separation effect, a separation tube 141 can be provided which is arranged along the central axis 104 within the cooling channel 131. The fine particles 142 can be discharged inside the separation pipe 141, while the coarse particles 143 are discharged outside the separation pipe 141.
Stromabwärts außerhalb des Interaktionsbereich 103 ist ein offener Downstream outside the interaction area 103 is an open one
Hohlzylinder als Separationsrohr 141 mit einer Mittelachse, welche koaxial zu der Mittelachse 104 ist, installiert. Die kleineren Feinpartikel 142 strömen in das Innere des Hohlzylinders und die Grobpartikel 143 strömen außerhalb des Hohlzylinders vorbei. An dem stromabwärtigen Ende des Separationsrohrs 141 kann entsprechend ein Behälter zum Sammeln der Kleinpartikel 142 Hollow cylinder installed as a separation pipe 141 with a central axis which is coaxial with the central axis 104. The smaller fine particles 142 flow into the interior of the hollow cylinder and the coarse particles 143 flow past outside the hollow cylinder. At the downstream end of the separation pipe 141, a container for collecting the small particles 142 can correspondingly
angeordnet werden, während in einem weiteren Behälter die das be arranged, while in another container the
Separationsrohr 141 umgebende Grobpartikel 143 gesammelt werden. Coarse particles 143 surrounding the separation pipe 141 are collected.
Ferner kann das Fluidleitelement 124 wie unten beschrieben mit einer Furthermore, the fluid guide element 124 can, as described below, with a
Zirkulation, d. h. mit einer Richtungskomponente in Umfangsrichtung in den Interaktionsbereich 103 einströmen. Circulation, d. H. flow with a directional component in the circumferential direction into the interaction area 103.
Der Kühlkanal 131 weist einen Befestigungsbereich 135 mit dem The cooling channel 131 has a fastening area 135 with the
Düsenelement 100 auf, wobei in dem Befestigungsbereich 135 der Nozzle element 100, wherein in the fastening area 135
Interaktionsbereich 103 vorliegt. Der Kühlkanal 131 weist in dem Interaction area 103 is present. The cooling channel 131 has in the
Befestigungsbereich 135 entlang der Transportrichtung 106 einen A fastening area 135 along the transport direction 106
anwachsenden Innendurchmesser entsprechend eine Trichterform auf. Am Ende des Befestigungsbereichs 135 geht der Kühlkanal 131 beispielsweise in eine hohlzylindrische Form über. Aufgrund der Trichterform wird das increasing inside diameter according to a funnel shape. At the end of the fastening area 135, the cooling channel 131 merges into a hollow cylindrical shape, for example. Due to the funnel shape that will
Reaktionsprodukt, welches von dem Kühlmedium 134 entlang der Reaction product, which from the cooling medium 134 along the
Transportrichtung 106 befördert wird, entspannt. Der Kühlkanal 131 ist beabstandet zu einer Außenwand 136 des Gehäuses 130 derart angeordnet, dass ein Versorgungskanal 137 für das Kühlmedium 134 bereitstellbar ist. Ferner weist das Gehäuse 130 und/oder das Düsenelement 120 bzw. das Fluidleitelement 124 ein Umlenkelement 138 für das Transport direction 106 is conveyed relaxed. The cooling channel 131 is arranged at a distance from an outer wall 136 of the housing 130 such that a supply channel 137 can be provided for the cooling medium 134. Furthermore, the housing 130 and / or the nozzle element 120 or the fluid guide element 124 has a deflection element 138 for the
Kühlmedium 134 auf, wobei das Umlenkelement 138 in dem Versorgungskanal 137 ausgebildet ist bzw. in diesen hineinragt. Das Umlenkelement 138 ist derart ausgebildet, dass das Kühlmedium 134 im Versorgungskanal 137 von einer Strömungsrichtung mit einer Komponente entgegen der Cooling medium 134, the deflecting element 138 being formed in the supply channel 137 or protruding into it. The deflecting element 138 is designed in such a way that the cooling medium 134 in the supply channel 137 flows from a direction of flow with a component opposite to the
Transportrichtung 106 in eine Strömungsrichtung mit einer Komponente entlang der Transportrichtung 106 umlenkbar ist. Transport direction 106 can be deflected in a flow direction with a component along the transport direction 106.
Das Umlenkelement 138 ist beispielsweise ein flächiges, scheibenartiges Element, wobei die in Transportrichtung 106 gerichtete Oberfläche gewölbt ist, um somit eine Umlenkung des Kühlmediums 134 durchzuführen . Nach der Umlenkung des Kühlmediums 134 kann dieses beispielsweise durch die The deflecting element 138 is, for example, a flat, disk-like element, the surface directed in the transport direction 106 being curved in order to thereby deflect the cooling medium 134. After the deflection of the cooling medium 134, this can, for example, by the
Kühlöffnungen 133 in den Kühlkanal 131 einströmen. Das Umlenkelement 138 weist insbesondere ein Kühlmediumleitsteg 139 (d.h. Fluidleitsteg) auf, welcher das Kühlmedium 134 effektiver umlenkt. Cooling openings 133 flow into the cooling channel 131. The deflecting element 138 has, in particular, a cooling medium guide web 139 (i.e. fluid guide web), which deflects the cooling medium 134 more effectively.
Die Oberfläche des Fluidleitelements 124 der Düsenvorrichtung 100, welche Oberfläche in Transportrichtung 106 gerichtet ist und mit den Kühlkanal 131 bildet, fungiert in der beispielhaften Ausführungsform als Umlenkelement 138. The surface of the fluid guide element 124 of the nozzle device 100, which surface is directed in the transport direction 106 and forms with the cooling channel 131, functions as a deflecting element 138 in the exemplary embodiment.
In dem Versorgungskanal 137 ein Strömungsgleichrichter 201 angeordnet, welcher eingerichtet ist, das Kühlmedium 134 laminar in den In the supply channel 137, a flow straightener 201 is arranged, which is set up, the cooling medium 134 in the laminar
Versorgungskanal 137 einzuströmen. Der Strömungsgleichrichter 201weist beispielsweise eine Vielzahl von denen Strömungskanälen auf, welche eine Erstreckungsrichtung parallel zu der Mittelachse 104 aufweisen. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Düsenvorrichtung 100 mit einem Düsengehäuse 300 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Supply channel 137 to flow in. The flow straightener 201 has, for example, a multiplicity of those flow channels which have a direction of extent parallel to the central axis 104. FIG. 3 shows a schematic representation of a nozzle device 100 with a nozzle housing 300 according to an exemplary embodiment of the present invention.
Die Düsenvorrichtung 100 ist innerhalb dem Düsengehäuse 300 angeordnet und beispielsweise über das Umlenkelement 138 mit diesem befestigt. Im Inneren des Düsengehäuses befindet sich parallel zur Mittelachse 104 ein Elektrodenmantel 307 der Düsenvorrichtung 100, in welchen die The nozzle device 100 is arranged within the nozzle housing 300 and, for example, fastened to the latter via the deflecting element 138. In the interior of the nozzle housing there is an electrode jacket 307 of the nozzle device 100 parallel to the central axis 104, in which the
Düsenvorrichtung 100, insbesondere mit ihrem stiftartigen Grundkörper 110 einsteckbar ist. In dem Elektrodenmantel 307 befindet sich der Koppelbereich 115 für eine Elektrodenvorrichtung. Die Elektrodenvorrichtung leitet über den Kopplungsanschluss 302 hochfrequente Strahlung in Richtung Nozzle device 100, in particular with its pin-like base body 110, can be inserted. The coupling area 115 for an electrode device is located in the electrode jacket 307. The electrode device conducts high-frequency radiation in the direction via the coupling connection 302
Düsenvorrichtung 100. Nozzle device 100.
Das Düsengehäuse 300 weist ferner einen Plasmagaseingang 303 für das erste ionisierbare Gas 102 und optional einen Plasmagaseingang 304 für ein zweites ionisierbare Gas 103 auf. Ferner kann über einen Kopplungsbereich 306 für das Grundmaterial 101 dieses in den Transportkanal 111 eingeführt werden. Das ionisierbare Gas 102, 103 wird somit zwischen den Elektrodenmantel 307 und den Plasmakanälen 112, 113 geführt und mittels der The nozzle housing 300 also has a plasma gas inlet 303 for the first ionizable gas 102 and optionally a plasma gas inlet 304 for a second ionizable gas 103. Furthermore, the base material 101 can be introduced into the transport channel 111 via a coupling area 306. The ionizable gas 102, 103 is thus passed between the electrode jacket 307 and the plasma channels 112, 113 and by means of the
Elektrodenvorrichtung ionisiert. Electrode device ionized.
Zudem kann über den Fluideingang 305 ein Steuerfluid 125 eingeströmt werden, welches an dem Fluidleitelement 124 in Richtung Interaktionsbereich 103 geleitet wird. In addition, a control fluid 125 can flow in via the fluid inlet 305, which control fluid is guided on the fluid guide element 124 in the direction of the interaction region 103.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen eine schematische Darstellung einer FIGS. 4 and 5 show a schematic representation of a
Düsenvorrichtung 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 4 zeigt eine Ansicht der Düsenvorrichtung 100 stromabwärts der Transportrichtung 106 und Fig. 5 eine Ansicht der Nozzle device 100 according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 4 shows a view of the nozzle device 100 downstream of the transport direction 106 and FIG. 5 shows a view of the
Düsenvorrichtung 100 stromaufwärts der Transportrichtung 106. In Fig. 4 wird der erste Plasmakanal 112 und der zweite Plasmakanal 113 als offene Nut 402 entlang einer Oberfläche des Grundkörpers 110 ausgebildet.Nozzle device 100 upstream of the transport direction 106. In FIG. 4, the first plasma channel 112 and the second plasma channel 113 are formed as an open groove 402 along a surface of the base body 110.
Die offene Nut 402 kann beispielsweise mittels Fräsens in den Grundkörper 110 eingebracht werden. Das ionisierbare Gas 102, 105 strömt aufgrund eines gerichteten Einströmwinkels in die Nut 402 entlang derselben Nut 402. Durch die offene Nut 402 ist das ionisierbare Gas 102, 105 von außen gut The open groove 402 can be made in the base body 110 by means of milling, for example. The ionizable gas 102, 105 flows due to a directed inflow angle into the groove 402 along the same groove 402. The ionizable gas 102, 105 is good from the outside through the open groove 402
zugänglich, insbesondere für einen Energieeintrag der Elektrodenvorrichtung 150. in der beispielhaften Ausführungsform in Fig. 4 weist der Grundkörper 110 drei Plasmakanäle 112, 113, 112' auf, welche in Umfangsrichtung konstant entlang der Oberfläche verteilt sind. Entsprechend können 3 accessible, in particular for the introduction of energy into the electrode device 150. In the exemplary embodiment in FIG. 4, the base body 110 has three plasma channels 112, 113, 112 ', which are distributed constantly along the surface in the circumferential direction. Accordingly, 3
Plasmastrahlen in den Interaktionsbereich 103 eingeströmt werden. Plasma jets are flowed into the interaction area 103.
Die offene Nut 402 zumindest teilweise mit einer Hülse 403, welche über den Grundkörper 110 steckbar ist, geschlossen. Die Hülse 403 kann sozusagen über den Grundkörper gesteckt werden, sodass die Hülse 403 auf der The open groove 402 is at least partially closed with a sleeve 403 which can be plugged over the base body 110. The sleeve 403 can, so to speak, be pushed over the base body, so that the sleeve 403 on the
Oberfläche des Grundkörpers 110 aufliegt. Damit können die offenen Nuten 402 der entsprechenden Plasmakanäle 112, 113, 112' geschlossen werden. Im Koppelbereich 115 bzw. am Ende Elektrodenmatel 307 mit der Surface of the base body 110 rests. The open grooves 402 of the corresponding plasma channels 112, 113, 112 'can thus be closed. In the coupling area 115 or at the end of the electrode mat 307 with the
Elektrodenvorrichtung 150 kann die offene Nut 402 frei von der Hülse 403 bleiben. Electrode device 150, the open groove 402 can remain free of the sleeve 403.
Das Fluidleitelement 124 ist scheibenförmig ausgebildet, wobei der Mittelpunkt des scheibenförmigen Fluidleitelements 124 auf der Mittelachse 104 des Düsenelements 120 liegt. Das Fluidleitelement 124 ist mittels The fluid guide element 124 is disk-shaped, the center point of the disk-shaped fluid guide element 124 lying on the central axis 104 of the nozzle element 120. The fluid guide element 124 is by means of
Verbindungsstegen 401 an dem Düsenelement 120 befestigt. Zwischen den Verbindungstegen 401 bildet sich ein entsprechender Spalt als Steuerkanal 127 aus, durch welchen das Steuerfluid 125 in den Interaktionsbereich 103 einströmen kann. Connecting webs 401 attached to the nozzle element 120. A corresponding gap is formed as a control channel 127 between the connecting webs 401, through which the control fluid 125 can flow into the interaction area 103.
Das Fluidleitelement 124 weist ferner Fluidleitstege 126 auf zum Leiten des Steuerfluids 125 in Richtung Steuerkanal 127. Die Fluidleitstege 126 bilden Erhebungen entlang der Oberfläche des Fluidleitelements 124 aus. Dabei verlaufen die Fluidstege 126 mit Richtungskomponenten parallel und radial zur Transportrichtung 106. The fluid guiding element 124 also has fluid guiding webs 126 for guiding the control fluid 125 in the direction of the control channel 127. The fluid guiding webs 126 form Elevations along the surface of the fluid guide element 124. The fluid webs 126 with directional components run parallel and radially to the transport direction 106.
Das Fluidleitelement 124 weist auf der in Transportrichtung 106 abgewandten Seite bezüglich des Interaktionsbereichs 103 eine trichterförmige und konvex gewölbte Oberfläche auf, wobei die Bereiche im Zentrum des Fluidleitelements 124 weiter in Transportrichtung 106 liegen als Randbereiche des The fluid guide element 124 has a funnel-shaped and convexly curved surface on the side facing away in the transport direction 106 with respect to the interaction region 103, the regions in the center of the fluid guide element 124 being further in the transport direction 106 than the edge regions of the
Fluidleitelements 124. Fluid guide element 124.
Auf der in Transportrichtung 106 zugewandten Seite bezüglich des On the side facing in the transport direction 106 with respect to the
Interaktionsbereichs 103 weist das Fluidleitelement 124 eine konkave gewölbte Oberfläche auf. Diese gewölbte Oberfläche kann beispielsweise als Umlenkfläche bzw. Umlenkelement 138 für das Kühlmedium 134 wirken. In the interaction region 103, the fluid guide element 124 has a concave, curved surface. This curved surface can act, for example, as a deflection surface or deflection element 138 for the cooling medium 134.
Fig. 6 und Fig. 7 zeigen Draufsichten auf eine Düsenvorrichtung 100 gemäß einer beispielhaften Ausführung. FIGS. 6 and 7 show top views of a nozzle device 100 according to an exemplary embodiment.
In Fig. 6 sind die Düsenauslässe 122, 123 dargestellt, welche einen In Fig. 6, the nozzle outlets 122, 123 are shown, which one
gemeinsamen Ringspalt ausbilden. Im Zentrum ist der weitere Transportkanal 101 dargestellt, durch welchen das Grundmaterial 101 hindurchführbar ist.form common annular gap. In the center, the further transport channel 101 is shown, through which the base material 101 can be passed.
Das Düsenelement 120 ist mit den Verbindungsstegen an das Fluidleitelement 124 gekoppelt. The nozzle element 120 is coupled to the fluid guide element 124 by the connecting webs.
Fig. 7 zeigt ferner ein rotierbare Element 701, welches drei in Fig. 7 also shows a rotatable element 701, which three in
Umfangsrichtung verteilte Öffnungen aufweist, durch welche das ionisierbare Gas 102, 105 strömen kann. Das rotierbare Element 701 kann das Has circumferentially distributed openings through which the ionizable gas 102, 105 can flow. The rotatable element 701 can
Düsenelement 120 ausbilden. Das Düsenelement 120 kann relativ zu dem Grundkörper 110 rotierbar sein. Das Düsenelement 120 kann beispielsweise mittels eines Gleitlagers oder eines Kugellagers an den Grundkörper 110 rotierender gelagert werden. Der entsprechende erste Düsenauslass 122 und der zweite Düsenauslass 123 können beispielsweise als Ringspalt in dem Düsenelement 120 ausgebildet werden (siehe Fig. 6). In dem Ringspalt können ferner Fluidleitelemente vorgesehen werden, sodass die Rotation der ionisierbaren Gase 102, 105 zusätzlich einen Spin bzw. eine Rotation des in den Interaktionsbereich einströmenden ionisierbaren Gases 102, 105 erzeugt. Form nozzle element 120. The nozzle element 120 can be rotatable relative to the base body 110. The nozzle element 120 can, for example, be mounted in a rotating manner on the base body 110 by means of a slide bearing or a ball bearing. The corresponding first nozzle outlet 122 and the second nozzle outlet 123 can for example be designed as an annular gap in the nozzle element 120 (see FIG. 6). Fluid guide elements can also be provided in the annular gap so that the rotation of the ionizable gases 102, 105 additionally generates a spin or a rotation of the ionizable gas 102, 105 flowing into the interaction area.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung einer Düsenvorrichtung 100 mit Strömungswegen von zwei ionisierbaren Gasen 102, 105 und einem 8 shows a schematic illustration of a nozzle device 100 with flow paths of two ionizable gases 102, 105 and one
Grundmaterial 101. Base material 101.
Die Düsenvorrichtung 100 weist den Grundkörper 110 und das Düsenelement 120. Der Transportkanal 111 und der weitere Transportkanal 121 sind koaxial entlang der Mittellinie 104 ausgebildet. Der Grundkörper 110 weist ferner den ersten Plasmakanal 112 zum Führen des ersten ionisierbaren Gases 102 entlang der Transportrichtung 106 und einen zweiten Plasmakanal 113 The nozzle device 100 has the base body 110 and the nozzle element 120. The transport channel 111 and the further transport channel 121 are formed coaxially along the center line 104. The main body 110 also has the first plasma channel 112 for guiding the first ionizable gas 102 along the transport direction 106 and a second plasma channel 113
(welcher von dem ersten Plasmakanal 112 beabstandet ist) zum Führen des zweiten ionisierbaren Gases 105 entlang der Transportrichtung 106 auf. (which is spaced from the first plasma channel 112) for guiding the second ionizable gas 105 along the transport direction 106.
Der Grundkörper 110 weist ferner einen Koppelbereich 115 und einen The base body 110 also has a coupling area 115 and a
Elektrodenmantel 307 für eine Elektrodenvorrichtung 150 derart auf, dass das erste ionisierbare Gas 102 in dem ersten Plasmakanal 112 und das zweite ionisierbaren Gas 105 in dem zweiten Plasmakanal 105 ionisierbar sind. Electrode jacket 307 for an electrode device 150 such that the first ionizable gas 102 in the first plasma channel 112 and the second ionizable gas 105 in the second plasma channel 105 are ionizable.
Das Düsenelement 120 weist einen ersten Düsenauslass 122, welcher mit dem ersten Plasmakanal 112 gekoppelt ist, und einen zweiten Düsenauslass 123 auf, welcher mit dem zweiten Plasmakanal 113 gekoppelt ist, auf. The nozzle element 120 has a first nozzle outlet 122, which is coupled to the first plasma channel 112, and a second nozzle outlet 123, which is coupled to the second plasma channel 113.
Der erste Düsenauslass 122 zum Führen des ersten ionisierbaren Gases 102 und der zweite Düsenauslass 123 zum Führen des zweiten ionisierbaren Gases 105 sind derart ausgebildet, dass das erste ionisierbare Gas 102 und das zweite ionisierbare Gas 103 in den Interaktionsbereich 103 zur Reaktion mit dem Grundmaterial 101 einströmbar sind. The first nozzle outlet 122 for guiding the first ionizable gas 102 and the second nozzle outlet 123 for guiding the second ionizable gas 105 are designed such that the first ionizable gas 102 and the second ionizable gas 103 can flow into the interaction region 103 for reaction with the base material 101.
Das ionisierte Gas 102,105 (d.h. das Plasmagas) wird mit einem bestimmten Winkel a relativ zu der Transportrichtung 106 in den Interaktionsbereich 103 eingeströmt. Der Winkel a ist zwischen der Strömungsrichtung aus den entsprechenden Düsenauslässen 122, 123 einerseits und der axialen Richtung andererseits definiert. Aufgrund des gewinkelten Ausströmens des ionisierten Gases 102, 105 durch die entsprechenden Düsenauslässe 122, 123 strömt das ionisierte Gas 102, 105 in Richtung eines Scheitelpunkts 800 auf der The ionized gas 102, 105 (i.e. the plasma gas) flows into the interaction region 103 at a certain angle α relative to the transport direction 106. The angle α is defined between the direction of flow from the corresponding nozzle outlets 122, 123 on the one hand and the axial direction on the other. Due to the angled outflow of the ionized gas 102, 105 through the corresponding nozzle outlets 122, 123, the ionized gas 102, 105 flows in the direction of an apex 800 on the
Mittelachse 104 im Interaktionsbereich 103, um mit dem Grundmaterial 101 zu reagieren. Central axis 104 in the interaction area 103 in order to react with the base material 101.
Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung einer Düsenvorrichtung 100 mit Strömungsrichtung von vier ionisierbaren Gasen 102, 102', 105, 105' und einem Grundmaterial 101. 9 shows a schematic illustration of a nozzle device 100 with the direction of flow of four ionizable gases 102, 102 ′, 105, 105 ′ and a base material 101.
Der Grundkörper weist im Vergleich zu der Ausführungsform aus Fig. 8 einen weiteren ersten Plasmakanal 901 zum Führen eines weiteren ersten In comparison to the embodiment from FIG. 8, the base body has a further first plasma channel 901 for guiding a further first
ionisierbaren Gases 102' entlang der Transportrichtung 106 und einen weiteren zweiten Plasmakanal 902, welcher von dem weiteren ersten ionizable gas 102 'along the transport direction 106 and a further second plasma channel 902, which from the further first
Plasmakanal 112 beabstandet ist, zum Führen eines weiteren zweiten ionisierbaren Gases 105' entlang der Transportrichtung 105 auf. In Plasma channel 112 is spaced apart, for guiding a further second ionizable gas 105 'along the transport direction 105. In
entsprechenden Düsenauslässen 122', 123' wird das ionisierbare Gas 102',corresponding nozzle outlets 122 ', 123' is the ionizable gas 102 ',
105' in Richtung Scheitelpunkt 800 ausgeströmt. Die Düsenauslässe 122', 123' weisen einen kleineren, flacheren Winkel a' auf als die Düsenauslässe 122,105 'in the direction of the apex 800. The nozzle outlets 122 ', 123' have a smaller, flatter angle a 'than the nozzle outlets 122,
123. 123.
Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung eines Kühlmediumleitstegs 139 eines Umlenkelements 138 gemäß einer beispielhaften Ausführung von der vorliegenden Erfindung. Das Umlenkelement 138 weist zumindest einen Kühlmediumleitsteg 139 (d.h. Fluidleitsteg) auf, welcher entlang einer Radialrichtung 107 in Richtung FIG. 10 shows a schematic representation of a cooling medium guide web 139 of a deflecting element 138 according to an exemplary embodiment of the present invention. The deflecting element 138 has at least one cooling medium guide web 139 (ie fluid guide web), which along a radial direction 107 in the direction
Zentrum verläuft. Somit wird das Kühlmedium 134 in Radialrichtung 107 geführt und umgeleitet. Der Kühlmediumleitsteg 139 erstreckt sich Center runs. The cooling medium 134 is thus guided and diverted in the radial direction 107. The cooling medium guide web 139 extends
insbesondere von dem scheibenförmigen Umlenkelement 138 in in particular from the disk-shaped deflection element 138 in
Transportrichtung 106 hervor, um somit entsprechende Führungskanäle zu bilden. Ferner kann der Kühlmediumleitsteg 139 insbesondere eine Transport direction 106 out in order to form corresponding guide channels. Furthermore, the cooling medium guide web 139 can in particular be a
Richtungskomponente in Umfangsrichtung 108 aufweisen. Have directional component in the circumferential direction 108.
Das Umlenkelement 138 kann ferner mit dem Gehäuse 130 durch die The deflecting element 138 can also be connected to the housing 130 by the
Kühlmediumleitstege 139 verbunden sein. Der Kühlmediumleitsteg 139 kann bis zum Ende der Kühlöffnungen 133, welcher der Beginn vom Kühlkanal 131 ist, verlaufen. Dabei verlaufen Kühlmediumleitstege 139 beispielhaft parallel und radial zur Transportrichtung 106. Cooling medium guide webs 139 be connected. The cooling medium guide web 139 can run up to the end of the cooling openings 133, which is the beginning of the cooling channel 131. Here, cooling medium guide webs 139 run, for example, parallel and radially to the transport direction 106.
Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung eines Separationsrohres 141 in einem Kühlkanal 131 gemäß einer beispielhaften Ausführung von der vorliegenden Erfindung. Fig. 12 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Separationsrohres aus Fig. 11. Das Separationsrohr 141 weist einen inneren Kanal 1106 auf, durch welchen erste Partikel 142 entlang der FIG. 11 shows a schematic illustration of a separation pipe 141 in a cooling channel 131 according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG. 12 shows a schematic sectional illustration of the separation tube from FIG. 11. The separation tube 141 has an inner channel 1106 through which first particles 142 along the
Transportrichtung 106 abführbar sind. Zwischen der Mantelfläche 132 und dem Separationsrohr 141 ist ein äußerer Kanal 1107 ausgebildet, durch welchen zweite Partikel 143 entlang der Transportrichtung 106 abführbar sind. Transport direction 106 can be removed. An outer channel 1107 through which second particles 143 can be removed along the transport direction 106 is formed between the jacket surface 132 and the separation tube 141.
Das Separationsrohr 141 weist einen Ringkanal 1101 für ein Transportfluid 1104 auf, welcher sich entlang der Transportrichtung 106 erstreckt. Der Ringkanal 1101 weist zumindest eine innere Öffnung 1103 auf, durch welche das Transportfluid 1104 in Strömungsrichtung in den inneren Kanal 1106 einströmbar ist. Die innere Öffnung 1103 ist insbesondere derart ausgebildet, dass das Transportfluid 1104 mit einer Richtungskomponente in The separation tube 141 has an annular channel 1101 for a transport fluid 1104, which extends along the transport direction 106. The annular channel 1101 has at least one inner opening 1103, through which the transport fluid 1104 can flow into the inner channel 1106 in the direction of flow. The inner opening 1103 is designed in particular such that the transport fluid 1104 with a directional component in
Umfangsrichtung 108 einströmbar ist. Somit wird insbesondere eine Sogwirkung in das Innere des Separationsrohres 141 erzeugt, sodass kleinere Partikel 142 nach dem Interaktionsbereich 103 in das Separationsrohr 141 eingesaugt werden können. Die inneren ÖffnungenCircumferential direction 108 can flow in. In particular, a suction effect is thus generated into the interior of the separation tube 141, so that smaller particles 142 can be sucked into the separation tube 141 after the interaction region 103. The inner openings
1103 können dabei beispielsweise eine Krümmung in Umfangsrichtung 108 aufweisen oder insbesondere das Transportfluid 1104 in Tangentialrichtung im Inneren des Separationsrohres 141 einströmen. 1103 can for example have a curvature in the circumferential direction 108 or, in particular, the transport fluid 1104 can flow in in the tangential direction inside the separation tube 141.
Der Ringkanal 1101 weist einen Anschluss zum Einströmen des TransportfluidsThe annular channel 1101 has a connection for the inflow of the transport fluid
1104 entgegen der Transportrichtung 106 auf. Somit kann beispielsweise an einem Ende des Gehäuses 130 gegenüberliegend zu der Düsenvorrichtung 100 ein Transportfluid in den Ringkanal eingebracht werden. 1104 against the transport direction 106. Thus, for example, a transport fluid can be introduced into the annular channel at one end of the housing 130 opposite the nozzle device 100.
Der Ringkanal 1101 weist zumindest eine äußere Öffnung 1102 auf, durch welche das Transportfluid 1104 in Strömungsrichtung 106 in den äußeren Kanal 1107 einströmbar ist, wobei die äußere Öffnung 1102 insbesondere derart ausgebildet ist, dass das Transportfluid 1104 mit einer The annular channel 1101 has at least one outer opening 1102 through which the transport fluid 1104 can flow into the outer channel 1107 in the flow direction 106, the outer opening 1102 being designed in particular such that the transport fluid 1104 with a
Richtungskomponente in Umfangsrichtung 108 einströmbar ist. Directional component can flow in in the circumferential direction 108.
Das Separationsrohr 141 ragt somit entgegen der Transportrichtung 106 in den Kühlkanal 131. Das Separationsrohr 14 bzw. das Tauchrohr kann als Doppelmantel-Hohlkörper, beispielsweise eine zylindrische Form The separation tube 141 thus protrudes against the transport direction 106 into the cooling channel 131. The separation tube 14 or the immersion tube can be a double-walled hollow body, for example a cylindrical shape
(Doppelmantelrohr), ausgeführt sein, um den Ringkanal 1101 zu bilden. Im Raum zwischen den Mantelflächen vom Separationsrohr 141 strömt das Transportfluid 1104 beispielweise entgegen der Transportrichtung 106 ein. In dem Ringkanal 1101 kann zumindest ein Umlenkelement, welches aufgrund seiner winkeligen oder gekrümmten Fläche das Transportfluid 1104 umlenkt, mit zumindest einer Komponente Richtung radial nach innen oder radial nach außen verlaufender Öffnung (Steueröffnung bzw. Steuerschlitz) ausgeführt sein. Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass "umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und "eine" oder "ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben (Double jacket tube), be designed to form the annular channel 1101. In the space between the jacket surfaces of the separation tube 141, the transport fluid 1104 flows, for example, against the transport direction 106. In the annular channel 1101, at least one deflection element, which deflects the transport fluid 1104 due to its angled or curved surface, can be designed with at least one component opening (control opening or control slot) running radially inward or radially outward. In addition, it should be pointed out that “comprising” does not exclude any other elements or steps and “a” or “an” does not exclude a plurality. Furthermore, it should be pointed out that features or steps which have been described with reference to one of the above exemplary embodiments, also in combination with other features or steps of others above
beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen. described embodiments can be used. Reference signs in the claims are not to be regarded as a restriction.
Bezugszeichenliste: List of reference symbols:
100 Düsenvorrichtung 135 Befestigungsbereich 100 nozzle device 135 mounting area
101 Grundmaterial 136 Außenwand 101 base material 136 outer wall
102 erstes ionisierbares Gas 137 Versorgungskanal 102 first ionizable gas 137 supply channel
103 Interaktionsbereich 138 Umlenkelement 103 Interaction area 138 Deflection element
104 Mittelachse 139 Kühlmediumleitsteg 104 Center axis 139 Cooling medium guide web
105 zweites ionisierbares Gas 140 Düsengehäuse 105 second ionizable gas 140 nozzle housing
106 Transportrichtung 141 Separationsrohr 106 Direction of transport 141 Separation tube
107 Radialrichtung 142 Feinpartikel 107 radial direction 142 fine particles
108 Umfangsrichtung 143 Grobpartikel 108 circumferential direction 143 coarse particles
110 Grundkörper 150 Elektrodenvorrichtung 110 base body 150 electrode device
111 Transportkanal 111 transport channel
112 erster Plasmakanal 201 Strömungsgleichrichter 112 first plasma channel 201 flow straightener
113 zweiter Plasmakanal 113 second plasma channel
114 Endbereich 302 Kopplungsanschluss für 114 end area 302 coupling connection for
115 Koppelbereich Elektrodenvorrichtung 115 Coupling area electrode device
120 Düsenelement 303 Plasmagaseingang für erstes 120 nozzle element 303 plasma gas inlet for first
121 weiterer Transportkanal ionisierbare Gas 121 further transport channel ionizable gas
122 erster Düsenauslass 304 Plasmagaseingang für zweites 122 first nozzle outlet 304 plasma gas inlet for second
123 zweiter Düsenauslass ionisierbare Gas 123 second nozzle outlet ionizable gas
124 Fluidleitelement 305 weiteren Eingang zur Kopplung 124 fluid guide element 305 further input for coupling
125 Steuerfluid an ein weiteres Fluidreservoir125 control fluid to another fluid reservoir
126 Fluidleitsteg 306 Kopplungsbereich für 126 fluid guide web 306 coupling area for
127 Steuerkanal Grundmaterial 127 Control channel base material
130 Gehäuse 307 Elektrodenmantel 130 housing 307 electrode jacket
131 Kühlkanal 131 cooling duct
132 Mantelfläche 132 outer surface
133 Kühlöffnung 133 cooling opening
134 Kühlmedium 401 Verbindungssteg134 cooling medium 401 connecting bridge
402 Nut 402 groove
403 Hülse 701 rotierbares Element 403 sleeve 701 rotatable element
800 Scheitelpunkt 800 vertex
901 weiterer erster Plasmakanal 901 another first plasma channel
902 weiterer zweiter Plasmakanal 1101 Ringkanal 902 further second plasma channel 1101 ring channel
1102 äußere Öffnung 1102 outer opening
1103 innere Öffnung 1103 inner opening
1104 Transportfluid 1104 transport fluid
1105 axiales Ende 1105 axial end
1106 innerer Kanal 1106 inner canal
1107 äußerer Kanal 1107 outer canal

Claims

Patentansprüche Claims
1. Düsenvorrichtung (100) zum Zusammenführen eines ionisierbaren Gases (102, 105) und eines Grundmaterials (101) in einem 1. Nozzle device (100) for bringing together an ionizable gas (102, 105) and a base material (101) in one
Interaktionsbereich (103), die Düsenvorrichtung (100) aufweisend Interaction area (103) having the nozzle device (100)
einen Grundkörper (110), welcher einen Transportkanal (111) aufweist zum Führen eines Grundmaterials (101) entlang einer Transportrichtung (106) zu einem Endbereich (114) des Grundkörpers (110), a base body (110) which has a transport channel (111) for guiding a base material (101) along a transport direction (106) to an end region (114) of the base body (110),
wobei der Grundkörper (110) aufweist einen ersten Plasmakanal (112) zum Führen eines ersten ionisierbaren Gases (102) entlang der Transportrichtung (106) und einen zweiten Plasmakanal (113) zum Führen eines zweiten ionisierbaren Gases (105) entlang der Transportrichtung (106), wherein the base body (110) has a first plasma channel (112) for guiding a first ionizable gas (102) along the transport direction (106) and a second plasma channel (113) for guiding a second ionizable gas (105) along the transport direction (106) ,
wobei in dem Endbereich (114) des Grundkörpers (110) der erste Plasmakanal (112) einen ersten Gasauslass und der zweite Plasmakanal (113) einen zweiten Gasauslass aufweist, wherein in the end region (114) of the base body (110) the first plasma channel (112) has a first gas outlet and the second plasma channel (113) has a second gas outlet,
wobei der Grundkörper (110) einen Koppelbereich (115) für eine wherein the base body (110) has a coupling area (115) for a
Elektrodenvorrichtung (150) derart aufweist, dass das erste ionisierbare Gas (102) in dem ersten Plasmakanal (112) und das zweite ionisierbaren Gas (105) in dem zweiten Plasmakanal (113) ionisierbar sind, Electrode device (150) in such a way that the first ionizable gas (102) in the first plasma channel (112) and the second ionizable gas (105) in the second plasma channel (113) are ionizable,
ein Düsenelement (120), welches an dem Endbereich (114) des a nozzle element (120), which at the end region (114) of the
Grundkörpers (110) mit diesem gekoppelt ist, Base body (110) is coupled to this,
wobei das Düsenelement (120) wherein the nozzle element (120)
einen weiteren Transportkanal (111), welcher mit dem Transportkanal (111) derart gekoppelt ist, dass das Grundmaterial (101) von dem Grundkörper (110) in einen Interaktionsbereich (103) außerhalb des Düsenelements (120) entlang der Transportrichtung (106) überführbar ist, a further transport channel (111) which is coupled to the transport channel (111) in such a way that the base material (101) can be transferred from the base body (110) into an interaction area (103) outside the nozzle element (120) along the transport direction (106) ,
einen ersten Düsenauslass (122), welcher mit dem ersten a first nozzle outlet (122), which with the first
Plasmakanal (112) gekoppelt ist und Plasma channel (112) is coupled and
einen zweiten Düsenauslass (123), welcher mit dem zweiten Plasmakanal (113) gekoppelt ist, wobei der erste Düsenauslass (122) zum Führen des ersten ionisierbaren Gases (102) und der zweite Düsenauslass (123) zum Führen des zweiten ionisierbaren Gases (105) derart ausgebildet sind, dass das erste ionisierbare Gas (102) und das zweite ionisierbare Gas (105) in den Interaktionsbereich (103) zur Reaktion mit dem Grundmaterial (101) einströmbar sind. a second nozzle outlet (123) which is coupled to the second plasma channel (113), wherein the first nozzle outlet (122) for guiding the first ionizable gas (102) and the second nozzle outlet (123) for guiding the second ionizable gas (105) are designed such that the first ionizable gas (102) and the second ionizable gas ( 105) can flow into the interaction area (103) for reaction with the base material (101).
2. Düsenvorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, 2. nozzle device (100) according to claim 1,
wobei der Grundkörper (110) und das Düsenelement (120) integral ausgebildet sind. wherein the base body (110) and the nozzle element (120) are integrally formed.
3. Düsenvorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, 3. nozzle device (100) according to claim 1 or 2,
wobei der Transportkanal (111) als Bohrung im Inneren des Grundkörpers (110) ausgebildet ist. wherein the transport channel (111) is designed as a bore in the interior of the base body (110).
4. Düsenvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Grundkörper (110) rotationssymmetrisch ausgebildet ist, wobei eine Mittelachse (104) des Grundkörpers (110) parallel zu der 4. Nozzle device (100) according to one of claims 1 to 3, wherein the base body (110) is rotationally symmetrical, with a central axis (104) of the base body (110) parallel to the
Transportrichtung (106) ausgebildet ist, Transport direction (106) is formed,
wobei der Transportkanal (111) insbesondere entlang der Mittelachse (104) verläuft. wherein the transport channel (111) runs in particular along the central axis (104).
5. Düsenvorrichtung (100) gemäß Anspruch 4, 5. nozzle device (100) according to claim 4,
wobei zumindest der erste Düsenauslass (122) oder der zweite Düsenauslass (123) derart ausgebildet ist, dass das entsprechende ionisierbare Gas (102, 105) eine Strömungsrichtung mit einer zu der Mittelachse (104) radialen Komponente aufweist, und/oder wherein at least the first nozzle outlet (122) or the second nozzle outlet (123) is designed such that the corresponding ionizable gas (102, 105) has a direction of flow with a component that is radial to the central axis (104), and / or
wobei zumindest der erste Düsenauslass (122) oder der zweite Düsenauslass (123) derart ausgebildet ist, dass das entsprechende ionisierbare Gas (102, 105) eine Strömungsrichtung mit einer zu der Mittelachse (104) umlaufenden Komponente aufweist. 6. Düsenvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wherein at least the first nozzle outlet (122) or the second nozzle outlet (123) is designed in such a way that the corresponding ionizable gas (102, 105) has a flow direction with a component rotating around the central axis (104). 6. nozzle device (100) according to one of claims 1 to 5,
wobei zumindest der erste Plasmakanal (112) oder der zweite Plasmakanal (113) als Bohrung im Inneren des Grundkörpers (110) ausgebildet ist. wherein at least the first plasma channel (112) or the second plasma channel (113) is designed as a bore in the interior of the base body (110).
7. Düsenvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, 7. nozzle device (100) according to one of claims 1 to 6,
wobei zumindest der erste Plasmakanal (112) oder der zweite Plasmakanal (113) als offene Nut (402) entlang einer Oberfläche des Grundkörpers (110) ausgebildet ist. wherein at least the first plasma channel (112) or the second plasma channel (113) is designed as an open groove (402) along a surface of the base body (110).
8. Düsenvorrichtung (100) gemäß Anspruch 7, 8. nozzle device (100) according to claim 7,
wobei die offene Nut (402) zumindest teilweise mit einer Hülse (403), welche über den Grundkörper (110) steckbar ist, geschlossen ist. wherein the open groove (402) is at least partially closed with a sleeve (403) which can be plugged over the base body (110).
9. Düsenvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, 9. nozzle device (100) according to one of claims 1 to 8,
wobei der Grundkörper (110) zumindest einen weiteren ersten Plasmakanal (901) zum Führen eines weiteren ersten ionisierbaren Gases (102) entlang der Transportrichtung (106) und/oder einen weiteren zweiten Plasmakanal (902) zum Führen eines weiteren zweiten ionisierbaren Gases (105) entlang der Transportrichtung (106), wherein the base body (110) has at least one further first plasma channel (901) for guiding a further first ionizable gas (102) along the transport direction (106) and / or a further second plasma channel (902) for guiding a further second ionizable gas (105) along the transport direction (106),
wobei in dem Endbereich (114) des Grundkörpers (110) der weitere erste Plasmakanal (901) einen weiteren ersten Gasauslass und der weitere zweite Plasmakanal (902) einen weiteren zweiten Gasauslass aufweist, wherein in the end region (114) of the main body (110) the further first plasma channel (901) has a further first gas outlet and the further second plasma channel (902) has a further second gas outlet,
wobei der weitere erste Plasmakanal (901) und der weitere zweite wherein the further first plasma channel (901) and the further second
Plasmakanal (902) in dem Grundkörper (110) zwischen dem ersten Plasma channel (902) in the base body (110) between the first
Plasmakanal (112) und dem zweiten Plasmakanal (113) einerseits und dem Transportkanal (111) andererseits ausgebildet ist. Plasma channel (112) and the second plasma channel (113) on the one hand and the transport channel (111) on the other hand.
10. Düsenvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, 10. nozzle device (100) according to one of claims 1 to 9,
wobei das Düsenelement (120) relativ zu dem Grundkörper (110) rotierbar ist. 11. Düsenvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner aufweisend wherein the nozzle element (120) is rotatable relative to the base body (110). 11. nozzle device (100) according to any one of claims 1 to 10, further comprising
ein, insbesondere scheibenförmiges, Fluidleitelement (124), welches mit dem Düsenelement (120) gekoppelt ist, a, in particular disk-shaped, fluid guiding element (124), which is coupled to the nozzle element (120),
wobei zwischen dem Fluidleitelement (124) und dem Düsenelement (120) ein ringförmiger Steuerkanal (127) ausgebildet ist, welcher um das Düsenelement (120) verläuft, wherein between the fluid guide element (124) and the nozzle element (120) an annular control channel (127) is formed which runs around the nozzle element (120),
wobei der Steuerkanal (127) derart ausgebildet ist, dass Steuerfluid (125) in oder um den Interaktionsbereich (103) strömbar ist, wherein the control channel (127) is designed such that control fluid (125) can flow in or around the interaction area (103),
wobei das Fluidleitelement (124) insbesondere mittels Verbindungsstegen (401) an dem Düsenelement (120) befestigt ist. wherein the fluid guide element (124) is fastened to the nozzle element (120) in particular by means of connecting webs (401).
12. Düsenvorrichtung (100) gemäß Anspruch 11, 12. nozzle device (100) according to claim 11,
wobei der Mittelpunkt des scheibenförmigen Fluidleitelements (124) auf der Mittelachse (104) des Düsenelements (120) liegt, wherein the center of the disk-shaped fluid guide element (124) lies on the central axis (104) of the nozzle element (120),
wobei eine Ausdehnung des Fluidleitelements (124) senkrecht zur Mittelachse (104) größer ist als die Ausdehnung entlang der Mittelachse (104). wherein an extension of the fluid guide element (124) perpendicular to the central axis (104) is greater than the extension along the central axis (104).
13. Düsenvorrichtung (100) gemäß Anspruch 11 oder 12, 13. nozzle device (100) according to claim 11 or 12,
wobei das Fluidleitelement (124) Fluidleitstege (126) aufweist zum Leiten des Steuerfluids in Richtung Steuerkanal (127). wherein the fluid guide element (124) has fluid guide webs (126) for guiding the control fluid in the direction of the control channel (127).
14. Düsenvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner aufweisend 14. Nozzle device (100) according to one of claims 1 to 13, further comprising
ein Düsengehäuse (140) mit einer Auslassöffnung, a nozzle housing (140) with an outlet opening,
wobei der Grundkörper (110) und das Düsenelement (120) in dem wherein the base body (110) and the nozzle element (120) in the
Düsengehäuse (140) derart angeordnet sind, dass ein Ende des weiteren Transportkanals (111), der erste Düsenauslass (122) und der zweite Nozzle housing (140) are arranged such that one end of the further transport channel (111), the first nozzle outlet (122) and the second
Düsenauslass (123) insbesondere in der Auslassöffnung vorliegen und der Interaktionsbereich (103) außerhalb des Düsengehäuses (140) vorliegt. 15. Düsenvorrichtung (100) gemäß Anspruch 14, The nozzle outlet (123) is in particular in the outlet opening and the interaction area (103) is outside the nozzle housing (140). 15. nozzle device (100) according to claim 14,
wobei das Düsengehäuse (140) einen Kopplungsanschluss (302) für die Elektrodenvorrichtung (150) aufweist, wherein the nozzle housing (140) has a coupling connection (302) for the electrode device (150),
wobei der Kopplungsanschluss (302) einen Zugang zu dem ersten wherein the coupling port (302) provides access to the first
Plasmakanal (112) und dem zweiten Plasmakanal (113) bereitstellt, und/oder wobei das Düsengehäuse (140) einen Plasmagaseingang (303) zur Kopplung an ein erstes Gasreservoir aufweist, Provides plasma channel (112) and the second plasma channel (113), and / or wherein the nozzle housing (140) has a plasma gas inlet (303) for coupling to a first gas reservoir,
wobei der Plasmagaseingang (303) mit zumindest dem ersten Plasmakanalwherein the plasma gas inlet (303) with at least the first plasma channel
(112) gekoppelt ist, und/oder (112) is coupled, and / or
wobei das Düsengehäuse (140) einen weiteren Plasmagaseingang (304) zur Kopplung an ein zweites Gasreservoir aufweist, wherein the nozzle housing (140) has a further plasma gas inlet (304) for coupling to a second gas reservoir,
wobei der weitere Plasmagaseingang (304) mit dem zweiten Plasmakanalwherein the further plasma gas inlet (304) with the second plasma channel
(113) gekoppelt ist. (113) is coupled.
16. System zum chemischen und/oder physikalischen Behandeln eines Grundmaterials (101), insbesondere zum Erzeugen eines Pulvers aus einem Grundmaterial (101), das System aufweisend 16. A system for the chemical and / or physical treatment of a base material (101), in particular for producing a powder from a base material (101), comprising the system
die Düsenvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, ein Gehäuse (130) zur Aufnahme der Düsenvorrichtung (100), wobei die Düsenvorrichtung (100) an das Gehäuse (130) derart gekoppelt ist, dass der Interaktionsbereich (103) in dem Gehäuse (130) vorliegt. the nozzle device (100) according to one of claims 1 to 15, a housing (130) for receiving the nozzle device (100), wherein the nozzle device (100) is coupled to the housing (130) such that the interaction area (103) in the Housing (130) is present.
17. System gemäß Anspruch 16, 17. System according to claim 16,
wobei das Gehäuse (130) einen Kühlkanal (131) aufweist, welcher sich von der Düsenvorrichtung (100) fort entlang der Transportrichtung (106) erstreckt. wherein the housing (130) has a cooling channel (131) which extends away from the nozzle device (100) along the transport direction (106).
18. System gemäß Anspruch 16 oder 17, 18. System according to claim 16 or 17,
wobei der Kühlkanal (131) eine Mantelfläche (132) mit Kühlöffnungen (133) aufweist, welche derart ausgebildet sind, dass ein Kühlmedium (134) von der Umgebung der Mantelfläche (132) in den Kühlkanal (131) einströmbar ist. 19. System gemäß Anspruch 18, wherein the cooling channel (131) has a jacket surface (132) with cooling openings (133) which are designed such that a cooling medium (134) can flow into the cooling channel (131) from the surroundings of the jacket surface (132). 19. System according to claim 18,
wobei zumindest eine der Kühlöffnungen (133) derart ausgebildet ist, dass das Kühlmedium (134) mit einer Komponente in Richtung der Transportrichtung (106) einströmbar ist, und/oder wherein at least one of the cooling openings (133) is designed such that the cooling medium (134) can flow in with one component in the direction of the transport direction (106), and / or
wobei zumindest eine der Kühlöffnungen (133) derart ausgebildet ist, dass das Kühlmedium (134) mit einer Komponente in Umfangsrichtung (108) wherein at least one of the cooling openings (133) is designed such that the cooling medium (134) with a component in the circumferential direction (108)
einströmbar ist. is inflow.
20. System gemäß Anspruch 17 bis 19, 20. System according to claim 17 to 19,
wobei der Kühlkanal (131) einen Befestigungsbereich (135) mit dem wherein the cooling channel (131) has a fastening area (135) with the
Düsenelement (120) aufweist, Having nozzle element (120),
wobei der Kühlkanal (131) in dem Befestigungsbereich (135) entlang der Transportrichtung (106) einen anwachsenden Innendurchmesser aufweist, wobei der Interaktionsbereich (103) im Befestigungsbereich (135) ausgebildet ist. wherein the cooling channel (131) in the fastening region (135) has an increasing inner diameter along the transport direction (106), the interaction region (103) being formed in the fastening region (135).
21. System gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, 21. System according to one of claims 17 to 19,
wobei der Kühlkanal (131) beabstandet zu einer Außenwand (136) des wherein the cooling channel (131) is spaced apart from an outer wall (136) of the
Gehäuses (130) derart angeordnet ist, dass ein Versorgungskanal (137) für das Kühlmedium (134) bereitstellbar ist, Housing (130) is arranged in such a way that a supply channel (137) can be provided for the cooling medium (134),
wobei in dem Versorgungskanal (137) insbesondere ein wherein in the supply channel (137) in particular one
Strömungsgleichrichter (201) angeordnet ist, welcher eingerichtet ist, ein Kühlmedium (134) laminar in den Versorgungskanal (137) einzuströmen. Flow straightener (201) is arranged, which is set up to flow a cooling medium (134) laminar into the supply channel (137).
22. System gemäß Anspruch 21, 22. System according to claim 21,
wobei das Gehäuse (130) und/oder das Düsenelement (120) ein wherein the housing (130) and / or the nozzle element (120) a
Umlenkelement (138) für das Kühlmedium (134) aufweist, Has deflection element (138) for the cooling medium (134),
wobei das Umlenkelement (138) in dem Versorgungskanal (137) ausgebildet ist, wherein the deflecting element (138) is formed in the supply channel (137),
wobei das Umlenkelement (138) derart ausgebildet ist, dass das Kühlmedium (134) im Versorgungskanal (137) von einer Strömungsrichtung mit einer Komponente entgegen der Transportrichtung (106) in eine Strömungsrichtung mit einer Komponente entlang der Transportrichtung (106) umlenkbar ist, wobei insbesondere das Umlenkelement (138) zumindest einen wherein the deflecting element (138) is designed such that the cooling medium (134) in the supply channel (137) from one flow direction with a Component can be deflected counter to the transport direction (106) in a flow direction with a component along the transport direction (106), in particular the deflection element (138) at least one
Kühlmediumleitsteg (139) aufweist, welcher entlang einer RadialrichtungHas cooling medium guide web (139), which along a radial direction
(107) verläuft, (107) runs,
wobei insbesondere der Kühlmediumleitsteg (139) insbesondere eine wherein in particular the cooling medium guide web (139) in particular a
Richtungskomponente in Umfangsrichtung (108) aufweist. Has directional component in the circumferential direction (108).
23. System gemäß einem der Ansprüche 17 bis 22, ferner aufweisend 23. The system of any one of claims 17 to 22, further comprising
ein Separationsrohr (141), welches entlang der Mittelachse (104) innerhalb des Kühlkanals (131) angeordnet ist, a separation tube (141) which is arranged along the central axis (104) within the cooling channel (131),
wobei das Separationsrohr (141) einen inneren Kanal (1106) aufweist, durch welchen erste Partikel (142) entlang der Transportrichtung (104) abführbar sind, wherein the separation tube (141) has an inner channel (1106) through which first particles (142) can be removed along the transport direction (104),
wobei zwischen der Mantelfläche (132) und dem Separationsrohr (141) ein äußerer Kanal (1107) ausgebildet ist, durch welchen zweite Partikel (143) entlang der Transportrichtung (104) abführbar sind. wherein an outer channel (1107) through which second particles (143) can be removed along the transport direction (104) is formed between the jacket surface (132) and the separation tube (141).
24. System gemäß Anspruch 23, 24. System according to claim 23,
wobei das Separationsrohr (141) einen Ringkanal (1101) für ein Transportfluid (1104) aufweist, welcher sich entlang der Transportrichtung (104) erstreckt, wobei der Ringkanal (1101) zumindest eine innere Öffnung (1103) aufweist, durch welche das Transportfluid (1104) in Strömungsrichtung in den inneren Kanal (1106) einströmbar ist, wherein the separation tube (141) has an annular channel (1101) for a transport fluid (1104) which extends along the transport direction (104), wherein the annular channel (1101) has at least one inner opening (1103) through which the transport fluid (1104 ) can flow into the inner channel (1106) in the direction of flow,
wobei die innere Öffnung (1103) insbesondere derart ausgebildet ist, dass das Transportfluid (1104) mit einer Richtungskomponente in Umfangsrichtungwherein the inner opening (1103) is designed in particular such that the transport fluid (1104) has a directional component in the circumferential direction
(108) einströmbar ist, (108) can flow in,
wobei der Ringkanal (1101) insbesondere einen Anschluss zum Einströmen des Transportfluids (1104) entgegen der Transportrichtung (104) aufweist. wherein the annular channel (1101) in particular has a connection for the inflow of the transport fluid (1104) against the transport direction (104).
25. System gemäß Anspruch 23, 25. System according to claim 23,
wobei der Ringkanal (1101) zumindest eine äußere Öffnung (1102) aufweist, durch welche das Transportfluid (1104) in Strömungsrichtung in den äußeren Kanal (1107) einströmbar ist, wherein the annular channel (1101) has at least one outer opening (1102) through which the transport fluid (1104) can flow into the outer channel (1107) in the direction of flow,
wobei die äußere Öffnung (1102) insbesondere derart ausgebildet ist, dass das Transportfluid (1104) mit einer Richtungskomponente in Umfangsrichtung (108) einströmbar ist. wherein the outer opening (1102) is designed in particular such that the transport fluid (1104) can flow in with a directional component in the circumferential direction (108).
26. Verfahren zum Zusammenführen eines ionisierten Gases (102, 105) und eines Grundmaterials (101) in einem Interaktionsbereich (103) mit einer Düsenvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das Verfahren aufweist 26. A method for bringing together an ionized gas (102, 105) and a base material (101) in an interaction area (103) with a nozzle device (100) according to any one of claims 1 to 20, the method comprising
Führen des Grundmaterials (101) in dem Transportkanal (111) entlang einer Transportrichtung (106) zu einem Endbereich (114) des Grundkörpers ( 110), Guiding the base material (101) in the transport channel (111) along a transport direction (106) to an end region (114) of the base body (110),
Führen des ersten ionisierbaren Gases (102) entlang der Passing the first ionizable gas (102) along the
Transportrichtung (106) in dem ersten Plasmakanal (112), Transport direction (106) in the first plasma channel (112),
Führen des zweiten ionisierbaren Gases (105) entlang der Passing the second ionizable gas (105) along the
Transportrichtung (106) in dem zweiten Plasmakanal (113), Transport direction (106) in the second plasma channel (113),
Ionisieren des ersten ionisierbaren Gases (102) in dem ersten Ionizing the first ionizable gas (102) in the first
Plasmakanal (112) und des zweiten ionisierbaren Gases (105) in dem zweiten Plasmakanal (113) mittels einer Elektrodenvorrichtung (150), Plasma channel (112) and the second ionizable gas (105) in the second plasma channel (113) by means of an electrode device (150),
Überführen des Grundmaterials (101) in dem weiteren Transportkanal (111) des Düsenelements (120) von dem Transportkanal (111) in den Transferring the base material (101) in the further transport channel (111) of the nozzle element (120) from the transport channel (111) into the
Interaktionsbereich (103) außerhalb des Düsenelements (120) entlang der Transportrichtung (106), Interaction area (103) outside the nozzle element (120) along the transport direction (106),
Einströmen des ersten ionisierten Gases (102) mittels des ersten Inflow of the first ionized gas (102) by means of the first
Düsenauslasses und Einströmen des zweiten ionisierten Gases (105) mittels des zweiten Düsenauslasses in den Interaktionsbereich (103) zur Reaktion mit dem Grundmaterial (101). Nozzle outlet and inflow of the second ionized gas (105) by means of the second nozzle outlet into the interaction area (103) for reaction with the base material (101).
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