(57)【要約】      （修正有）【課題】液体にて冷却されるプラズマトーチのノズルおよび該ノズルを備えたプラズマトーチヘッドであって、ノズル孔の近傍における過熱を単純な方法で回避する手段を提供する。【解決手段】ノズル先端４．１１におけるプラズマガスジェットの出口のためのノズル孔４．１０と、その外表面が実質的に円筒状の第１部分と、この第１部分のノズル先端４．１１側に隣接しかつノズル先端４．１１に向かって先細になっている円錐状の第２部分４．２とを備えている。液体供給溝４．２０、４．２１、および液体回収溝４，２２，４．２３が第２部分４．２の外表面内をノズル先端４．１１に向かって延び、かつ液体供給溝４．２０、４．２１および液体回収溝４，２２，４．２３が第１部分の一部分上を延び、かつ第１部分には、液体供給溝４．２０、４．２１と連通する１本のさらに別の溝４．６が存在し、その別の溝４．６は、ノズルの第１部分の周方向に延びている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル先端（４．１１）におけるプラズマガスジェットの出口のためのノズル孔（４．１０）と、その外表面（４．４）が実質的に円筒状の第１部分（４．１）と、該第１部分（４．１）の前記ノズル先端（４．１１）側に隣接しかつその外表面（４．５）が前記ノズル先端（４．１１）に向かって先細になっている実質的に円錐状の第２部分（４．２）とを備えた、液体にて冷却されるプラズマトーチのためのノズル（４）であって、
少なくとも２本の液体供給溝（４．２０および４．２１）および／または少なくとも２本の液体回収溝（４．２２および４．２３）が設けられて前記ノズル（４）の前記第２部分（４．２）の外表面（４．５）内を前記ノズル先端（４．１１）に向かって延び、かつ前記液体供給溝（４．２０，４．２１）のうちの少なくとも１本、および／または、前記液体回収溝（４．２２，４．２３）のうちの少なくとも１本が、さらに前記第１部分（４．１）の一部分上を延び、かつ前記第１部分（４．１）には、前記液体供給溝（４．２０，４．２１）のうちの少なくとも１本と連通する、または前記液体回収溝（４．２２，４．２３）のうちの少なくとも１本と連通する少なくとも１本のさらに別の溝（４．６または４．７）が存在し、前記少なくとも１本のさらに別の溝（４．６または４．７）は、前記ノズル（４）の前記第１部分（４．１）の周方向に延びていることを特徴とするノズル。
【請求項２】
前記液体供給溝（４．２０，４．２１）のうちの少なくとも１本の中心点と、前記液体回収溝（４．２２，４．２３）のうちの少なくとも１本の中心点とが、前記ノズル（４）の周縁に沿って互いに１８０°偏位して配置されていることを特徴とする請求項１記載のノズル。
【請求項３】
前記液体供給溝（４．２０，４．２１）のうちの少なくとも１本、および／または、前記液体回収溝（４．２２，４．２３）のうちの少なくとも１本が周方向に１０°から２７０°の範囲に延在することを特徴とする請求項１または２記載のノズル。
【請求項４】
前記ノズル（４）の前記第１部分（４．１）の周方向全体に亘って、前記さらに別の溝（４．６）または複数の前記さらに別の溝のうちの１本（４．６または４．７）が延びていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載のノズル。
【請求項５】
前記ノズル（４）の前記第１部分（４．１）の周方向に６０°から３００°までの範囲内の角度ζ１またはζ２に亘って、前記さらに別の溝（４．６）または複数の前記さらに別の溝のうちの１本（４．６または４．７）が延びていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載のノズル。
【請求項６】
前記ノズル（４）の前記第１部分（４．１）の周方向に９０°から２７０°までの範囲内の角度ζ１またはζ２に亘って、前記さらに別の溝（４．６）または複数の前記さらに別の溝のうちの１本（４．６または４．７）が延びていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載のノズル。
【請求項７】
正確に２本の液体供給溝（４．２０，４．２１）および正確に２本の液体回収溝（４．２２，４．２３）が設けられていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載のノズル。
【請求項８】
前記２本の液体供給溝（４．２０，４．２１）が、前記２本の液体回収溝（４．２２，４．２３）の中心点を通って前記ノズル（４）の縦方向軸線と直角に延びる直線に対して対称的に前記ノズルの周縁に沿って配置され、かつ前記２本の液体回収溝（４．２２，４．２３）が、前記２本の液体供給溝の中心点を通って前記ノズル（４）の縦方向軸線と直角に延びる直線に対して対称的に前記ノズルの周縁に沿って配置されていることを特徴とする請求項７記載のノズル。
【請求項９】
前記２本の液体供給溝（４．２０，４．２１）の中心点および／または前記２本の液体回収溝（４．２２，４．２３）の中心点が、前記ノズル（４）の周縁に沿って互いに２０°から１８０°までの範囲内の角度だけ偏位して配置されていることを特徴とする請求項７または８記載のノズル。
【請求項１０】
前記２本の液体供給溝（４．２０，４．２１）および／または前記２本の液体回収溝（４．２２，４．２３）が、前記ノズル（４）の第１部分（４．１）において互いに連通していることを特徴とする請求項７から９の何れか１項記載のノズル。
【請求項１１】
前記液体供給溝（４．２０，４．２１）のうちの少なくとも１本を超えて、または前記液体回収溝（４．２２，４．２３）のうちの少なくとも１本を超えて、複数の前記さらに別の溝のうちの少なくとも１本（４．６および／または４．７）が延びていることを特徴とする請求項１から１０の何れか１項記載のノズル。
【請求項１２】
請求項１から１１の何れか１項記載のノズルと、該ノズル（４）を保持するためのノズルブラケット（５）と、ノズルキャップ（２）とを備えたプラズマトーチヘッド（１）であって、
前記ノズルキャップ（２）および前記ノズル（４）が、６０°から１８０°までの角度だけ偏位した二つの孔を通じて冷却液供給ラインまたは冷却液回収ラインに接続され得る１個の冷却液室を形成し、前記ノズルブラケット（５）は、前記冷却液が前記プラズマトーチヘッド（１）の縦方向軸線に対し殆ど直角に前記冷却液室内に流入して前記ノズル（４）に達するように、および／または、前記冷却液が前記縦方向軸線に対し殆ど直角に前記冷却液室から出て前記ノズルブラケット内に流入するように構成されていることを特徴とするプラズマトーチヘッド（１）。
【請求項１３】
前記ノズル（４）は、少なくとも２本の液体供給溝（４．２０，４．２１）および少なくとも２本の液体回収溝（４．２２，４．２３）を有し、かつ前記ノズルキャップ（２）は、その内表面（２．５）に少なくとも３個の凹部（２．６）を有し、前記ノズル（４）に面する開口部は、それぞれラジアン（ｂ２）に亘って広がり、前記液体供給溝（４．２０，４．２１）および／または前記液体回収溝（４．２２，４．２３）に対し周方向に隣接し、前記ノズル（４）の、前記液体供給溝および／または前記液体回収溝の反対側の外方へ突出する部分（４．３１，４．３２，４．３３，４．３４）のラジアン（ｂ４，ｃ４，ｄ４，ｅ４）は、それぞれの場合において少なくとも前記ラジアン（ｂ２）よりも大きいことを特徴とする請求項１２記載のプラズマトーチヘッド（１）。
【請求項１４】
前記二つの孔がそれぞれ、前記プラズマトーチヘッド（１）の縦方向軸線に対しほぼ平行に延びていることを特徴とする請求項１２または１３記載のプラズマトーチヘッド（１）。
【請求項１５】
前記二つの孔が１８０°だけ偏位して配置されていることを特徴とする請求項１２から１４の何れか１項プラズマトーチヘッド（１）。
【請求項１６】
前記ノズルキャップ（２）内の前記複数の凹部（２．６）間の部分のラジアン（ｃ２）は、前記ノズル（４）の前記液体回収溝（４．２２および／または４．２３）の最小ラジアン（ａ４２，ａ４３）、または前記液体供給溝（４．２０および／または４．２１）の最小ラジアン（ａ４０，ａ４１）の半分よりも大きくないことを特徴とする請求項１２から１５の何れか１項プラズマトーチヘッド（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体にて冷却されるプラズマトーチのためのノズルおよび該ノズルを備えたプラズマトーチヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマとは、高温に加熱された、陽イオンおよび陰イオン、電子、ならびに励起されかつ中性の原子および分子からなる導電性ガスの呼び名である。
【０００３】
例えば、１原子のアルゴンガスおよび／または２原子ガスの水素、窒素、酸素または空気等の種々のガスがプラズマガスとして用いられる。これらのガスは、アーク放電のエネルギーによってイオン化されかつ解離される。上記アーク放電はノズルによって狭窄され、それ故にプラズマジェットと呼ばれる。
【０００４】
このプラズマジェットのパラメータは、ノズルおよび電極の構造によって大きく影響され得る。プラズマジェットのこれらのパラメータは、例えばジェットの直径、温度、エネルギー密度およびガスの流速である。
【０００５】
例えばプラズマ切断においては、ガスまたは水によって冷却され得るノズルによってプラズマが狭窄される。このようにして、２×１０６Ｗ／ｃｍ２までのエネルギー密度を得ることができる。３０,０００℃までの温度がプラズマジェット内に生じ、この温度とガスの高い流速との組合せが、材料上における極めて高い切断速度を得ることができる。
【０００６】
プラズマトーチは、直接的または間接的に作動され得る。直接作動モードにおいては、電源からの電流がプラズマトーチの電極を通って流れ、アーク放電によってプラズマが発生せしめられ、かつノズルによって狭窄され、被加工品を介して直接電源に戻る。この直接作動モードは、導電性材料の切断に用いることができる。
【０００７】
間接作動モードにおいては、電源からの電流がプラズマトーチの電極を通って流れ、アーク放電によってプラズマが発生せしめられ、かつノズルによって狭窄され、ノズルを通って電源に戻る。この工程においては、ノズルがプラズマジェットを狭窄するのみでなく、アーク放電のための出発点を実現するために、ノズルには直接的プラズマ切断よりも遥かに大きな負荷がかかる。この間接作動モードを用いれば、導電性材料および非導電性材料の双方を切断することができる。
【０００８】
上記ノズルには高い熱応力が加わるために、ノズルは通常金属材料から作製されるが、その高い導電性および熱伝導性の故に、銅から作製されるのが好ましい。電極ホルダも銀で作製されるが、電極ホルダにも同様のことが言える。次に上記ノズルはプラズマトーチ内に挿入されるが、このプラズマトーチのその主たる要素は、ラズマトーチヘッド、ノズルキャップ、プラズマガス案内部材、ノズル、ノズルブラケット、電極シャフト、電極インサートを備えた電極ホルダ、ならびに最近のプラズマトーチにおいてはノズル保護キャップのための支持体およびノズル保護キャップである。上記電極ホルダは、アルゴンと水素との混合物等の非酸化ガスがプラズマガスとして用いられる場合に好適であるタングステンから作製された先の尖った電極インサートを固定している。その電極インサートが例えばハフニウムから作製されたフラッシュ電極も、空気または酸素等がプラズマガスとして用いられる場合に適している。ノズルに関して永い耐用期間を得るために、この場合は水等の液体を用いて冷却される。冷媒は水供給ラインを通じてノズルに供給され、かつ水回収ラインを通じてノズルから回収され、かつ工程中にはノズルおよびノズルキャップによって区切られている冷媒室を通じて流れる。
【０００９】
特許文献１にはノズルが記載されている。このノズルは、銅等の良導電性を備えた材料からなり、かつ円柱状ノズル出口を備えた例えば円錐状の放電空間等のプラズマトーチ形式を伴った幾何学的形状を有する。ノズルの外形は円錐体として構成され、ノズルの良好な安定性および冷媒に対する良好な熱伝導性等が保証される寸法のほぼ一様な厚さ壁を形成している。ノズルはノズルブラケット内に配置されている。ノズルブラケットは、真鍮等の耐食性材料からなり、かつ内部には、ノズルのための心出しマウントと、冷媒に対して放電空間をシールするゴムガスケットのための溝とを備えている。ノズルブラケット内には、冷却液供給および回収のための１８０°偏位した追加の孔がある。ノズルブラケットの外径上には、冷却液室を大気に対してシールするためのＯリングのための溝と、ノズルキャップのためのねじ溝と心出しマウントとがある。同様に真鍮等の耐食性材料から作製されたノズルキャップは、鋭角の形状を備え、かつ放射熱を冷媒に消費させるのに適した厚さの壁を有する。最小内径にはＯリングが設けられている。冷媒に関しては、最も単純に水を用いている。この構成は、材料を控え目に使用しながらノズルの製造を容易にし、かつノズルの速やかな交換を可能にし、かつ鋭角形状のおかげで被加工物に対するプラズマトーチの傾斜を可能にして斜め切断を可能にしている。
【００１０】
特許文献２には、好ましくは材料のプラズマ溶融切断用、および溶接エッジの前処理用あることが好ましいプラズマトーチが記載されている。このトーチヘッドの細長い形状は、特に鋭角の切断ノズルの使用によって得られたものであり、その内角および外角は互いに等しく、かつノズルキャップの内角および外角も互いに等しい。ノズルキャップと切断ノズルとの間には、冷媒のための空間が形成され、ノズルキャップは、切断ノズルとともに金属シールを確立するカラーを備え、これにより冷媒室としての環状ギャップが形成されている。通常は水である冷媒は、互いに１８０°偏位してノズルブラケット内に配置された二つのスロットを通じて給排される。
【００１１】
特許文献３には、特に切断または溶接用のプラズマアーク放電トーチが記載されており、電極ホルダおよびノズル本体が交換可能なユニットを形成している。ノズル本体を取り囲む結合キャップによって、外側冷媒配管が実質的に形成されている。冷媒は、複数のチャンネルを通じてノズル本体と結合キャップとの間に形成された環状空間内に流入するようになっている。
【００１２】
特許文献４は、アーク放電プラズマ切断装置に関する。この特許文献には、導電性材料から形成され、かつプラズマガスジェットのための出口開口部と、この出口開口部に向かって傾斜したほぼ円錐形の薄壁構造を有しかつ本体部分と一体に形成された拡大されたヘッド部分とを有するように構成された中空の本体分とを有するプラズマアーク放電切断トーチのためのノズルの実施の形態が記載されており、上記ヘッド部分は、上記出口開口部と整列した中心チャンネルを除いて密実であり、かつ上記出口開口部に向かって傾斜しかつ縮小された凹部を形成するために、隣接する本体部分の直径に隣接する、上記本体部分の直径を上回る直径を有する。このアーク放電プラズマ切断装置は、二次ガスキャップを有する。これに加えて、高度に能率的な冷却器の代わりにノズルの外表面のための水冷室を形成するノズルと二次的ガスキャップとの間に配置された水冷式キャップがある。ノズルは、プラズマジェットのための出口開口部を取り囲む大きいヘッドと、シャープなアンダーカットまたは凹部とによって特徴付けられている。このノズル構造はノズルの冷却を助ける。
【００１３】
上述のプラズマトーチにおいては、冷媒が水供給チャンネルを通じて供給され、かつ水回収チャンネルを通じて排除される。これらのチャンネルは通常互いに１８０°偏位しており、冷媒は、供給ラインから回収ラインまでの途中において可能な限り一様にノズルの周囲を流れると思われる。それにも拘わらず、ノズルチャンネルの周囲には過熱が繰り返し見られる。
【００１４】
ノズルおよび陰極における高い熱負荷に耐えることができる、特にプラズマ溶接、プラズマ切断、プラズマ溶融およびプラズマ噴霧用の、プラズマトーチが好ましいトーチのための別の冷媒の流れが特許文献５に記載されている。この場合は、ノズルを冷却するために、ノズル支持部への容易に挿入およびノズル支持部からの取り外しが容易な冷媒案内リングが設けられ、このリングは、冷媒の流れを外側ノズル壁に沿った３ｍｍ以下の薄い層に制限する周縁の整形された溝を有する。この整形された溝に対して星形に配置され、かつノズルの軸線に対して半径方向にかつ対称的に、かつ後者に対して星形に配置された２本以上の、好ましくは２本または４本の冷媒ラインが，それらがそれぞれ二つの冷媒排出口を持ち、かつ各冷媒排出口を二つの冷媒取入れ口を近傍に有する態様で、０°と９０°の間の角度で設けられかつ上記整形された溝に流入する。
【００１５】
この配置も、冷却のために冷媒案内リングという追加の部材を必要とすることによって費用が嵩むためにやはり欠点がある。さらに、その結果、全体構成がより大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】東独国特許第３６０１４ Ｂ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１ ５６５ ６３８号明細書
【特許文献３】独国特許第２５ ２５ ９３９号明細書
【特許文献４】独国特許第６９２ ３３ ０７１ Ｔ２号明細書
【特許文献５】東独国特許第８３８９０ Ｂ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
したがって本発明は、ノズルチャンネルまたはノズル孔の近傍における過熱を単純な方法で回避する課題に基づくものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明によれば、請求項１から１４の何れか一つに記載されたノズルと、このノズルを保持するためのノズルブラケットと、ノズルキャップとを備えたプラズマトーチヘッドによって上記課題が解決され、上記ノズルキャップおよび上記ノズルは、６０°から１８０°までの角度だけ偏位した二つの孔を通じて冷却液供給ラインまたは冷却液回収ラインに接続され得る冷却液室を形成し、上記ノズルブラケットは、上記冷却液が上記プラズマトーチヘッドの縦方向軸線に対し殆ど直角に上記冷却液室内に流入して上記ノズルに達するように、および／または、上記冷却液が上記縦方向軸線に対し殆ど直角に上記冷却液室から出て上記ノズルブラケット内に流入するように構成されている。
【００１９】
これに加えて、本発明は液体にて冷却されるプラズマトーチのためのノズルを提供するものであって、このノズルは、ノズル先端におけるプラズマガスジェットの出口のためのノズル孔と、その外表面が実質的に円筒状の第１部分と、この第１部分の上記ノズル先端側に隣接しかつその外表面が上記ノズル先端に向かって先細になっている実質的に円錐状の第２部分とを備えており、少なくとも１本の液体供給溝および／または少なくとも1本の液体回収溝が設けられて上記ノズルの上記第２部分の外表面内を上記ノズル先端に向かって延び、かつ上記液体供給溝または上記複数の液体供給溝のうちの少なくとも１本、および／または、上記液体回収溝または上記複数の液体回収溝のうちの少なくとも１本も上記第１部分の一部分上を延び、かつ上記第１部分には、上記液体供給溝または上記液体供給溝のうちの少なくとも１本と連通する、または上記液体回収溝または上記複数の液体回収溝のうちの少なくとも１本と連通する少なくとも1本の溝が存在する。「実質的に円筒状」とは、少なくとも上記液体供給溝または上記液体回収溝等の溝を無視した場合にその外表面がほぼ円筒状であることを意味し、「実質的に円錐状」とは、少なくとも上記液体供給溝または上記液体回収溝等の溝を無視した場合に外表面がほぼ円錐状であることを意味する。
【００２０】
上記プラズマトーチヘッドの特定の実施の形態によれば、上記ノズルは、少なくとも１本の液体供給溝および少なくとも１本の液体回収溝を有し、かつ上記ノズルキャップは、その内表面に少なくとも３個の凹部を有し、上記ノズルに面する開口部は、それぞれラジアン（ｂ２）に亘って広がり、上記液体供給溝および／または上記液体回収溝に対し周方向に隣接し、上記ノズルの、上記液体供給溝および／または上記液体回収溝の反対側の外方へ突出する部分のラジアン（ｂ４，ｃ４，ｄ４，ｅ４）は、それぞれの場合において少なくとも上記ラジアン（ｂ２）よりも大きい。これにより、冷媒供給手段と冷媒回収手段との短絡が特に洗練された態様で回避される。
【００２１】
これに加えて、上記プラズマトーチヘッドに関しては、それぞれが上記プラズマトーチヘッドの縦方向軸線に対し実質的に平行に延びる２本の孔が予め考慮される。これにより、冷却液ラインを省スペース態様でプラズマトーチヘッドに接続することが可能になる。
【００２２】
特に、上記二つの孔は１８０°偏位させて配置することができる。
【００２３】
上記ノズルキャップキャップ内の複数の凹部間のラジアンは、上記ノズルの上記液体回収溝の最小ラジアンおよび／または上記液体供給溝の最小ラジアンの半分よりも大きくない。
【００２４】
上記ノズルの特定の実施の形態においては、少なくとも２本の液体供給溝および／または少なくとも２本の液体回収溝が設けられている。
【００２５】
上記液体供給溝または上記複数の液体供給溝のうちの少なくとも１本の中心点と、上記液体回収溝または上記複数の液体回収溝のうちの少なくとも１本の中心点とが、上記ノズルの周縁に沿って互いに１８０°だけ偏位して配置されているのが効果的である。
【００２６】
上記液体供給溝または上記複数の液体供給溝のうちの少なくとも１本の幅、および／または、上記液体回収溝または上記複数の液体回収溝のうちの少なくとも１本の幅は、周方向に１０°から２７０°までの範囲内にあることが効果的である。
【００２７】
さらなる特定の実施の形態においては、上記複数の液体供給溝および／または上記複数の液体回収溝の幅の合計が２０°と３４０°との間である。
【００２８】
上記複数の液体供給溝および／または上記複数の液体回収溝の幅の合計が６０°と３００°との間である。
【００２９】
上記溝または上記複数の溝のうちの１本が、上記ノズルの第１部分の周方向全体に亘って延びるように考慮されている。
【００３０】
特に、本明細書においては、上記溝または上記複数の溝のうちの１本が、上記ノズルの第１部分の周方向に角度ζ１またはζ２に亘って延びるように考慮されている。
【００３１】
特に、本明細書においては、上記溝または上記複数の溝のうちの１本が、上記ノズルの第１部分の周方向に９０°から２７０°までの範囲内の角度ζ１またはζ２に亘って延びるように考慮されている。
【００３２】
さらなる実施の形態においては、正確に２本の液体供給溝および正確に２本の液体回収溝が設けられている。
【００３３】
特に、上記２本の液体供給溝が、上記２本の液体回収溝の中心点を通って上記ノズルの縦方向軸線と直角に延びる直線に対して対称的に上記ノズルの周縁に沿って配置され、かつ上記２本の液体回収溝が、上記２本の液体供給溝の中心点を通って上記ノズルの縦方向軸線と直角に延びる直線に対して対称的に上記ノズルの周縁に沿って配置されている。
【００３４】
上記２本の液体供給溝の中心点および／または上記２本の液体回収溝の中心点が、上記ノズルの周縁に沿って互いに２０°から１８０°までの範囲内の角度だけ偏位して配置されている。
【００３５】
これに加えて、上記２本の液体供給溝および／または上記２本の液体回収溝が、上記ノズルの第１部分において互いに連通している。
【００３６】
上記複数の溝のうちの少なくとも１本が、上記液体供給溝または上記複数の液体供給溝のうちの少なくとも１本を超えて、または、上記液体回収溝または上記複数の液体回収溝のうちの少なくとも１本を超えて延びている。
【００３７】
本発明は、冷却液を、従来のようなプラズマトーチヘッドの縦方向軸線と平行にではなく、プラズマトーチヘッドの縦方向軸線と直角に供給および／または回収することによって、冷却液とノズルとが極めて長く接触するために、かつ円筒状領域内のノズル内の複数の溝を通じて冷媒がノズルブラケットに向かって案内されるために、ノズルの良好な冷却が達成されるという驚くべき認識に基づくものである。
【００３８】
もし１本よりも多い液体供給溝が設けられている場合、このことは、ノズルの先端領域における複数の冷却流の衝突の結果として、一般にノズルの良好な冷却をも伴う冷却液の特に良好な乱流の発生を意味する。
【００３９】
本発明のさらなる特徴および効果は、添付の請求項から、ならびに添付の具体的な図面を参照して説明されている、下記の本発明の数々の実施の形態の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の特定の実施の形態によるノズルとともに、プラズマおよび二次ガスの供給ラインを備えたプラズマトーチヘッドの縦断面図である。
【図１ａ】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図１ｂ】図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図２】図１のノズルの正面図（左）、縦断面図（右上）および側面図（右下）である。
【図３】本発明のさらなる特定の実施の形態によるノズルの正面図（左）、縦断面図（右上）および側面図（右下）である。
【図４】本発明のさらなる特定の実施の形態によるノズルの正面図（左）、縦断面図（右上）および側面図（右下）である。
【図５】本発明のさらなる特定の実施の形態によるノズルとともに、プラズマおよび二次的ガスの供給ラインを備えたプラズマトーチヘッドの縦断面図である。
【図５ａ】図５のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図５ｂ】図５のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図６】本発明のさらなる特定の実施の形態によるノズルの正面図（左）、縦断面図（右上）および側面図（右下）である。
【図７】図１に用いられたノズルキャップの縦断面図（左）および正面図（右）である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
上記において、また下記においても、例えば溝は、平らにされた領域をも意味する。
【００４２】
下記の説明において、ノズルの実施の形態は、特に各場合において正確に１本の、および正確に２本の、ここでは冷却液供給溝と呼ばれている少なくとも１本の液体供給溝と、ここでは冷却液回収溝と呼ばれている少なくとも１本の液体回収溝とを有すると説明されている。しかしながら本発明は、これに限定されるものではない。数多くの液体供給溝および液体回収溝が存在すること、および／または液体供給溝と液体回収溝との数が異なることも可能である。
【００４３】
図１に示されているプラズマトーチヘッド１は、この場合、ねじ溝（不図示）を介して電極７を保持する電極ホルダ６を有する。電極７は、先端が平らな電極として構成されている。例えば、プラズマトーチに関しては、空気または酸素をプラズマガス（ＰＧ）として用いることが可能である。ノズル４は、ほぼ円筒状のノズルブラケット５によって支持されている。ねじ溝（不図示）を介してプラズマトーチヘッド１に取り付けられているノズルキャップ２は、ノズル４を固定し、かつノズル４とともに冷却液室を形成している。この冷却液室は、ノズル４内の溝４．１５内に配置されたＯリング４．１６の形式のシールによって、ノズル４とノズルキャップ２との間をシールされ、かつ溝４．１７内に配置されたＯリング４．１８の形式のシールによって、ノズル４とノズルブラケット５との間をシールされている。
【００４４】
例えば、水または凍結防止剤を添加された水である冷却液は、冷却液供給ラインＷＶの孔から冷却液回収ラインＷＲの孔まで上記冷却液室を通って流れ、これらの孔は互いに９０°偏位しているように配置されている（図１ｂ参照）。
【００４５】
従来のプラズマトーチにおいては、ノズル孔４．１０の領域においてノズル４の過熱が繰り返し見られる。しかしながら、過熱はノズル４の円筒状部分４．１（図２参照）とノズルブラケット５との間においても発生する。このことは、特に高いパイロット電流をもって作動されまたは間接的に作動されるプラズマトーチに当てはまる。短時間の作動後の銅の変色によって明らかである。この場合、４０Ａの電流でさえ、短時間（例えば５分）後に既に変色が発生している。同様に、ノズル４とノズルキャップ２との間のシール地点が過負荷になり、Ｏリング４．１６を損傷に導き、冷却液の漏れおよび流出を生じさせる。この現象は、特にノズル４の冷却液回収ラインに面する側に発生することが研究により判明している。その領域は最も高い熱負荷に曝される領域であると思われ、冷却液は、ノズル孔に最も近い冷却液室１０の部分１０．２０を通って不十分に流れ、および／または特に冷却液回収ラインに面する側には全く達しないので、ノズル４のノズル孔４．１０が十分に冷却されないと思われる。
【００４６】
図１による本発明のプラズマトーチヘッドにおいては、ノズル４に衝突した冷却液が、ノズルブラケット５からこのプラズマトーチヘッドの縦方向の軸線Ｍに対しほとんど直角に冷却液室へ供給される。このために、冷却液供給ラインＷＶの孔内の冷却液が、冷却液室の変向空間１０．１０内において、上記縦方向の軸線Ｍに平行な方向から、上記縦方向の軸線に対してほぼ直角にプラズマトーチの第１部分４．１（図２参照）の方向へ変向される。次に冷却液は、第１部分４．１の周縁の一部分、すなわち約１１０°に亘って周方向に延びる溝４．６（図１ｂおよび図２参照）を通って、ノズル４の冷却液供給溝４．２０（図１ａ、図１ｂおよび図２参照）およびノズルキャップ２によって形成されている冷却液室の部分１０．１１に流入し、ノズル孔４．１０を取り囲む冷却液室部分１０．２０に流入し、そこでノズル４を巡って流れる。次に冷却液は、ノズル４の冷却液回収溝４．２２および0ノズルキャップ２によって形成されている空間１０．１５を通って冷却液回収ラインＷＲに戻り、ここでプラズマトーチヘッドの縦方向軸線Ｍにほぼ平行な方向への移行が生じる（不図示）。
【００４７】
これに加えて、このプラズマトーチヘッド１は、ノズルカバーガードブラケット８およびノズルカバーガード９を備えている。プラズマジェットを取り囲む二次ガスＳＧがこの領域を通って流れる。この二次ガスＳＧは、このガスに回転を生じさせることができる二次ガスライン９．１を通って流れる。
【００４８】
図１ａは、図１のプラズマトーチのＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。本図は、ノズルキャップ２の内表面２．５と組み合うノズル４の外方に突出する領域４．３１および４．３２の部分４．４１および４．４２のおかげで、ノズル４の冷却液供給溝４．２０およびノズルキャップ２によって形成された部分１０．１１が、如何にして冷却液供給ラインと冷却液回収ラインとの短絡を回避しているかを示している。これは、ノズル先端の領域におけるノズル４の効果的な冷却を達成し、かつ熱過負荷を防止する。これにより、可能な限り多くの冷却液が冷却液空間の部分１０．２０に達することが保証される。実験中は、ノズル孔４．１０の領域におけるノズル４の変色はもはや生じなかった。あるいは、ノズル４とノズルキャップ２との間の如何なる漏洩をも生じず、かつＯリングも過熱しなかった。
【００４９】
図１ｂは、図１のプラズマトーチヘッドのＢ−Ｂ線に沿った断面図であり、変向空間１０．１０の平面と、約１１０°に亘ってノズル４内に分布する溝４．６を通じた冷却液供給ラインの接続と、９０°偏位して配置された冷却液供給ラインＷＶおよび冷却液回収ラインＷＲのための孔とを示す。
【００５０】
図２は、図１のプラズマトーチヘッドのノズル４を示す。このノズル４は、ノズル先端４．１１におけるプラズマガスジェットの出口のためのノズル孔４．１０と、その外表面４．４がほぼ円筒状の第１部分４．１と、この第１部分４．１のノズル先端４．１１側に隣接し、かつその外表面４．５がノズル先端４．１１に向かってに向かって先細になるほぼ円錐状の第２部分４．２とを有する。冷却液供給溝４．２０は、上記第１部分４．１の一部分に亘って延び、かつノズル４の外表面４．５内において上記第２部分４．２をノズル先端４．１１に向かって延び、円筒状の外表面４．３の手前で止まる。冷却液回収溝４．２２は、ノズル４の第２部分４．２に亘って延びる。冷却液供給溝４．２０の中心点と冷却液回収溝４．２２の中心点とは、ノズル４の周縁に亘って互いに１８０°偏位して配置されている。冷却液供給溝４．２０と冷却液回収溝４．２２との間は、付随部分４．４１および４．４２を伴った外方に突出する領域４．３１および４．３２である。
【００５１】
図３は、図１のプラズマトーチヘッドにも利用可能な、本発明のさらなる特定の実施の形態によるノズルを示す。冷却液供給溝４．２０は、この場合には周縁全体に亘って溝４．６と連通している。この構成は、冷却液供給ラインＷＶおよび冷却液回収ラインＷＲのための孔が、プラズマトーチヘッド内において如何なる角度の偏位が要求されても配置が可能である利点を有する。さらに、ノズルブラケット５とノズル４との間の移行領域を冷却することに対して利点がある。同じことが冷却液回収溝４．２２に関する原理にも利用可能なことは言うまでもない。
【００５２】
図４は、図１のプラズマトーチヘッドにも利用可能な、本発明のさらなる特定の実施の形態によるノズルを示す。冷却液供給溝４．２０および４．２１は、上記第１部分４．１の一部分に亘って延び、かつノズル４の外表面４．５内において上記第２部分４．２をノズル先端４．１１に向かって延び、円筒状の外表面４．３の手前で止まる。冷却液回収溝４．２２および４．２３は、ノズル４の第２部分４．２に亘って延びる。冷却液供給溝４．２０および４．２１と冷却液回収溝４．２２および４．２３との間は、付随部分４．４１、４．４２，４．３４および４．４４を伴った外方に突出する領域４．３１、４．３２、４．３３および４．４４である。冷却液供給溝４．２０および４．２１は、溝４．２０と溝４．２１との間の円周の一部分、すなわち約１６０°に亘って、ノズル４の第１部分４．１の周方向に延びるノズル４の溝４．６を通じて互いに連通している。
【００５３】
図５は、本発明のさらなる特定の実施の形態によるノズルを示す。ここでも、冷却液は、ノズル４に接するノズルブラケット５から、このプラズマトーチヘッド１の縦方向の軸線Ｍに対し実質的に直角に冷却液室内に供給される。このため、冷却液室の変向空間１０．１０内において、冷却液は、プラズマトーチの冷却液供給ラインＷＶの孔における上記縦方向の軸線Ｍに平行な方向から、プラズマトーチヘッド１の縦方向の軸線と直角に第１ノズル部分４．１の方向に変向される。その後、冷却液は、ノズル４およびノズルキャップ２の冷却液供給溝４．２０および４．２１によって形成された部分１０．１１および１０．１２（図５ａ参照）を通じて、ノズル孔４．１０を取り囲む冷却液室の領域１０．２０内に流入し、かつそこでノズル４の周囲を流れる。その後、冷却液は、ノズル４およびノズルキャップ２の冷却液回収溝４．２２および４．２３によって形成された部分１０．１５および１０．１６を通じて冷却液回収ラインＷＲへ流れ、ここで、変向空間１０．９を通じてプラズマトーチヘッド１の縦方向の軸線Ｍにほぼ直角に移行が生じる。
【００５４】
図５ａは、図５のプラズマトーチヘッドのＡ−Ａ線に沿った断面図であり、本図は、ノズル４およびノズルキャップ２の冷却液供給溝４．２０および４．２１によって形成された部分１０．１１および１０．１２が、ノズルキャップ２の内表面２．５と協働するノズル４の外方へ突出した領域４．３１および４．３２の部分４．４１および４．４２のお陰で、冷却液供給ラインと冷却液回収ラインとの間の短絡を如何にして防止しているかを示している。同時に、部分１０．１１と部分４．１２との間の短絡が、突出領域４．３３の部分４．４３によって防止され、かつ部分１０．１５と部分１０．１６との間の短絡が、突出領域４．３４の部分４．４４によって防止される。
【００５５】
図５ｂは、図５のプラズマトーチヘッドのＢ−Ｂ線に沿った断面図であり、本図は、変向空間１０．９および１０．１０の平面を示す。
【００５６】
図６は、図５のプラズマトーチヘッドのノズルを示す。このノズル４は、ノズル先端４．１１におけるプラズマガスジェットの出口のためにノズル孔４．１０と、その外表面４．４がほぼ円筒状の第１部分４．１と、この第１部分４．１のノズル先端４．１１側に隣接し、かつその外表面４．５がノズル先端４．１１に向かって先細になるほぼ円錐形の第２部分４．２とを有する。冷却液供給溝４．２０および４．２１、ならびに冷却液回収溝４．２２および４．２３は、上記第１部分４．１の一部分に亘って延び、かつノズル４の外表面４．５内において上記第２部分４．２をノズル先端４．１１に向かって延び、円筒状の外表面４．３の手前で止まる。冷却液回収溝４．２２および４．２３は、ノズル４の第２部分４．２に亘って延びる。冷却液供給溝４．２０の中心点と冷却液回収溝４．２２の中心点、ならびに冷却液供給溝４．２１の中心点と冷却液回収溝４．２３の中心点は、ノズル４の周縁に亘って、互いに１８０°偏位して配置され、かつ等しいサイズを有する。冷却液供給溝４．２０と冷却液回収溝４．２２との間には、付随部分４．４１を伴った外方に突出する領域４．３１が存在し、冷却液供給溝４．２１と冷却液回収溝４．２３との間には、付随部分４．４２を伴った外方に突出する領域４．３２が存在している。冷却液供給溝４．２０と４．２１との間には、付随部分４．４３を伴った外方に突出する領域４．３３が存在し、冷却液回収溝４．２２と４．２３との間には、付随部分４．４４を伴った外方に突出する領域４．３４が存在している。
【００５７】
もしかすると、上述の説明または図面と異なることがあるかも知れないが、液体供給溝の（角度的）幅が異なっていてもよい。同様のことが液体回収溝の（角度的）幅にも適用される。
【００５８】
図７は、図１のプラズマトーチヘッド１に挿入されるノズルキャップ２を示す。このノズルキャップ２は、実質的に円錐状に先細になっており、かつこの場合は、半径方向の平面上に１４個の凹部２．６を有する。これらの凹部２．６は、内周に亘って等間隔に配置されており、半径方向の断面において半円形である。
【００５９】
本明細書、図面および請求項に開示された本発明の特徴は、その種々の実施の形態において個々においても、何れかの組合せにおいても、双方とも本発明の実施に重要なものである。
【符号の説明】
【００６０】
１  プラズマトーチヘッド
２  ノズルキャップ
２．５  内表面
２．６  凹部
４  ノズル
４．１  第１部分（円筒状部分）
４．２  第２部分（円錐状部分）
４．３，４．４，４．５  外表面
４．６，４．７  溝
４．１０  ノズル孔
４．１１  ノズル先端
４．１５，４．１７  溝（Ｏリング溝）
４．１６，４．１８  Ｏリング
４．２０，４．２１  冷却液供給溝
４．２２，４．２３  冷却液回収溝
４．３１，４．３２  ノズルの領域
５  ノズルブラケット
６  電極ホルダ
７  電極
８  ノズルカバーガードブラケット
９  ノズルカバーガード
９．１  二次ガスライン
１０  冷却液室
１０．１０  変向空間
１０．１１，１０．１２，１０．１５，１０．１６  冷却液室の部分
ＷＶ  冷却液供給ライン
ＷＲ  冷却液回収ライン
【図１】
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【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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