Untersuchungen über die thermische Belastbarkeit und die Form von Düsen zur Führung von Hochstromplasmen

Für Argon als Entladungsgas warden aus den elektrischen Lichtbogendaten die elektrischen und thermischen Belastungsgrenzen von Düsen zur Führung und Einschnürung von Hochstromplasmen berechnet und experimentell bestimmt. Aus den Lichtbogencharakteristiken ergibt sich die elektrische Feldstärke in Düsen und daraus die maximale Düsenlänge als Funktion des Düsendurchmessers und der Stromstärke. Aus der in der Düse umgesetzten Lichtbogenleistung ergibt sich die Leistungsdichte an der Düseninnenwand. Bei bekannten Materialfunktionen des Düsenwerkstoffes ergibt sich daraus die von der Düse aufnehmbare Leistung und die notwendige Düsenwandstärke. Daraus ergeben sich die notwendigen Kühlwassermengen und Strömungsgeschwindigkeiten. Die experimentelle Prüfung ergibt bei bestmöglicher Düsenkühlung für Argonlichtbögen als Relation zwischen minimalem Düsendurchmesser und Stromstärke d [cm] = 10 −3 I [A]. Mit überlagerter Gasströmung werden Werte bis d [cm] = 2 · 10 −3 I [A] erreicht. Die erreichbaren Stromdichten betragen für Lichtbögen ohne überlagerter Gasströmung bis 6 · 10 3 A cm −2 , mit Plasmaströmung bis 6 · 10 4 A cm −2 . Aus den Untersuchungsergebnissen resultieren neuartige Düsenausführungen für plasmatechnologische Zwecke.