(57)【要約】  アークプラズマトーチのための冷却管において、電極の開放端内に配置できる端部を有する細長い本体であって、その中を延在する冷却液流路を有する細長い本体を備え、その端部に、冷却管の壁の、内部および／または外部に向いたビード状肥厚部があることを特徴とする冷却管、並びにアークプラズマトーチのための冷却管であって、アークプラズマトーチの電極ホルダに取外し可能に接続できる後端を有する細長い本体でありその中を延在する冷却液流路を有する細長い本体を備えた冷却管と、アークプラズマトーチのための電極ホルダであって、電極を受容するための端部および中空内部を有する細長い本体を備えた電極ホルダとの構成において、冷却管の外面に、電極ホルダ内に冷却管を芯出しするための少なくとも１つの突出部が設けられた構成が開示されている。
2012523651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アークプラズマトーチのための冷却管（１０）において、電極（７）の開放端（７．１２）内に配置できる端部（１０．１７）を有する細長い本体（１０．１３）であって、その中を延在する冷却液流路（１０．１５）を有する細長い本体（１０．１３）を備える冷却管（１０）において、
前記端部（１０．１７）に、内部および／または外部に向いた前記冷却管（１０）の壁（１０．１９）のビード状肥厚部（１０．１８）があることを特徴とする冷却管（１０）。
【請求項２】
前記肥厚部（１０．１８）が前記冷却管（１０）の長手方向に少なくとも１ミリメートルに亘り延在していることを特徴とする請求項１記載の冷却管（１０）。
【請求項３】
前記肥厚部（１０．１８）により、少なくとも０．２ミリメートルの外径（Ｄ１０．１１）の増加および／または少なくとも０．２ミリメートルの内径（Ｄ１０．９）の減少がもたらされることを特徴とする請求項１または記載の冷却管（１０）。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項記載の冷却管（１０）と、前記冷却管（１０）の前端（１０．１７）を配置するための開放端（７．１２）および閉鎖端（７．１３）を持つ中空の細長い本体（７．１１）を有する電極（７）であって、前記開放端（７．１２）の底面（７．１４）が突出領域（７．５）を有し、前記冷却管（１０）の端部（１０．１７）がそこに亘り延在し、前記肥厚部（１０．１８）が、少なくとも前記突出領域（７．５）に亘り長手方向に延在している電極（７）との構成。
【請求項５】
前記電極（７）を受容するための端部（６．１３）および中空内部（６．１４）を持つ細長い本体（６．１２）を有する電極ホルダ（６）をさらに備え、前記冷却管（１０）が前記中空内部（６．１４）中に突出し、該電極ホルダ（６）内に前記冷却管（１０）を芯出しするために該冷却管（１０）の外面（１０．１６）に少なくとも１つの突出部（１０．６および／または１０．７）が設けられていることを特徴とする請求項４記載の構成。
【請求項６】
周囲に配置され、互いから間隔が空けられた第１の群の突出部（１０．６）が設けられることを特徴とする請求項５記載の構成。
【請求項７】
周囲に配置され、互いから間隔が空けられた第２の群の突出部（１０．７）が設けられ、該第２の群の突出部（１０．７）が前記第１の群の突出部（１０．６）に対して軸方向にずれていることを特徴とする請求項６記載の構成。
【請求項８】
前記第２の群の突出部（１０．７）が前記第１の群の突出部（１０．６）に対して周囲方向にずれていることを特徴とする請求項７記載の構成。
【請求項９】
アークプラズマトーチのための冷却管（１０）において、
アークプラズマトーチの電極ホルダ（６）に取外し可能に接続できる後端（１０．１４）を有する細長い本体（１０．１３）であって、その中を延在する冷却液流路（１０．１５）を有する細長い本体（１０．１３）、
を備え、
前記後端（１０．１４）を前記電極ホルダ（６）に取外し可能に接続するために、雄ネジ（１０．１）が設けられ、前記冷却管（１０）を前記電極ホルダ（６）に対して芯出しするために該雄ネジ（１０．１）に円筒外面（１０．３）が隣接していることを特徴とする冷却管（１０）。
【請求項１０】
前記冷却管（１０）を前記電極ホルダ（６）内に軸方向に固定するために、停止面（１０．２）が設けられていることを特徴とする請求項９記載の冷却管（１０）。
【請求項１１】
前記円筒外面（１０．３）が周囲溝（１０．４）を有することを特徴とする請求項９または１０記載の冷却管（１０）。
【請求項１２】
密閉目的のために前記溝（１０．４）内にＯリング（１０．５）が配置されていることを特徴とする請求項１１記載の冷却管（１０）。
【請求項１３】
前記円筒外面（１０．３）が、前記雄ネジ（１０．１）の最大外径（Ｄ１０．１）と少なくとも同じまたは大きいサイズの外径（Ｄ１０．３）を有することを特徴とする請求項９から１２いずれか１項記載の冷却管（１０）。
【請求項１４】
アークプラズマトーチのための電極ホルダ（６）において、
電極（７）を受容するための端部（６．１３）および中空内部（６．１４）を有する細長い本体（６．１２）、
を備え、
前記中空内部（６．１４）において、冷却管（１０）の後端（１０．１４）にねじ込むための雌ネジ（６．１）が設けられ、前記電極ホルダ（６）に対して該冷却管（１０）を芯出しするために該雌ネジ（６．１）に円筒内面（６．３）が隣接していることを特徴とする電極ホルダ（６）。
【請求項１５】
前記冷却管（１０）を前記電極ホルダ（６）内に軸方向に固定するために、停止面（６．２）が設けられていることを特徴とする請求項１４記載の電極ホルダ（６）。
【請求項１６】
前記円筒内面（６．３）が、前記雌ネジ（６．１）の内径（Ｄ６．１）と正確に同じまたは大きいサイズの内径（Ｄ６．３）を有することを特徴とする請求項１４または１５記載の電極ホルダ（６）。
【請求項１７】
請求項９から１３いずれか１項記載の冷却管（１０）および請求項１４から１６いずれか１項記載の電極ホルダ（６）の構成であって、前記冷却管（１０）が、前記雄ネジ（１０．１）および前記雌ネジ（６．１）によって前記電極ホルダ（６）と共にねじ込まれていることを特徴とする構成。
【請求項１８】
前記冷却管（１０）および前記電極ホルダ（６）が、前端に向かって、それらの間に環状間隙（１１）があるように設計されていることを特徴とする構成。
【請求項１９】
前記冷却管（１０）の前記円筒外面（１０．３）および前記電極ホルダ（６）の前記円筒内面（６．３）が、互いに対して狭い許容範囲を有することを特徴とする請求項１７または１８記載の構成。
【請求項２０】
アークプラズマトーチのための冷却管（１０）であって、アークプラズマトーチの電極ホルダ（６）に取外し可能に接続できる後端（１０．１４）を有する細長い本体（１０．１３）でありその中を延在する冷却液流路（１０．１５）を有する細長い本体（１０．１３）を備えた冷却管（１０）と、
アークプラズマトーチのための電極ホルダ（６）であって、電極（７）を受容するための端部（６．１３）および中空内部（６．１４）を有する細長い本体（６．１２）を備えた電極ホルダ（６）と、
の構成において、
前記冷却管（１０）の外面（１０．１６）に、前記電極ホルダ（６）内に前記冷却管（１０）を芯出しするために、少なくとも１つの突出部（１０．６および／または１０．７）が設けられた構成。
【請求項２１】
周囲に配置され、互いから間隔が空けられた第１の群の突出部（１０．６）が設けられることを特徴とする請求項２０記載の構成。
【請求項２２】
周囲に配置され、互いから間隔が空けられた第２の群の突出部（１０．７）が設けられ、該第２の群の突出部（１０．７）が前記第１の群の突出部（１０．６）に対して軸方向にずれていることを特徴とする請求項２１記載の構成。
【請求項２３】
前記第２の群の突出部（１０．７）が前記第１の群の突出部（１０．６）に対して周囲方向にずれていることを特徴とする請求項２２記載の構成。
【請求項２４】
アークプラズマトーチのための電極（７）において、
冷却管（１０）の前端をその中に配置するための開放端（７．１２）および閉鎖端（７．１３）を有する中空の細長い本体（７．１１）を備え、
前記開放端が、電極ホルダ（６）の雌ネジ（６．４）と共にねじ込まれる雄ネジ（７．４）を有する電極（７）であって、
前記閉鎖端（７．１３）に向かって、前記雄ネジ（７．４）に隣接して、前記電極ホルダ（６）に対して前記電極（７）を芯出しするための円筒外面（７．６）が設けられていることを特徴とする電極（７）。
【請求項２５】
前記電極（７）を前記電極ホルダ（６）内に軸方向に固定するために、停止面（７．７）が設けられていることを特徴とする請求項２４記載の電極（７）。
【請求項２６】
前記円筒外面（７．６）が周囲溝（７．３）を有することを特徴とする請求項２４または２５記載の電極（７）。
【請求項２７】
密閉目的のために、前記溝（７．３）内にＯリング（７．２）が配置されていることを特徴とする請求項２６記載の電極（７）。
【請求項２８】
前記円筒外面（７．６）が、前記雄ネジ（７．４）の外径（Ｄ７．４）と正確に同じまたは大きいサイズの外径（Ｄ７．６）を有することを特徴とする請求項２４から２７いずれか１項記載の電極（７）。
【請求項２９】
アークプラズマトーチのための電極ホルダ（６）において、
電極（７）を受容するための雌ネジ（６．４）が設けられた端部（６．１３）および中空内部（６．１４）を有する細長い本体（６．１２）を備え、
前記雌ネジ（６．４）に隣接して、前記電極ホルダ（６）に対して前記電極（７）を芯出しするために円筒内面（６．６）を有する電極ホルダ（６）。
【請求項３０】
前記電極（７）を前記電極ホルダ（６）内に軸方向に固定するために、停止面（６．７）が設けられていることを特徴とする請求項２９記載の電極ホルダ（６）。
【請求項３１】
前記円筒内面（６．６）が、前記雌ネジ（６．４）の内径（Ｄ６．４）と正確に同じまたは大きいサイズの内径（Ｄ６．６）を有することを特徴とする請求項２９または３０記載の電極ホルダ（６）。
【請求項３２】
請求項２４から２８いずれか１項記載の電極（７）および請求項２９から３１いずれか１項記載の電極ホルダ（６）の構成であって、前記電極（７）が、前記雄ネジ（７．４）と前記雌ネジ（６．４）により前記電極ホルダ（６）と共にねじ込まれることを特徴とする構成。
【請求項３３】
前記電極（７）の前記円筒外面（７．６）および前記電極ホルダ（６）の前記円筒内面（６．６）が、互いに対して狭い許容範囲を有することを特徴とする請求項３２記載の構成。
【請求項３４】
請求項１から３または９から１３いずれか１項記載の冷却管、請求項１４から１６または２９から３１いずれか１項記載の電極ホルダ、請求項２４から２８いずれか１項記載の電極もしくは請求項４から８、１７から２３または３２から３３いずれか１項記載の構成を有するアークプラズマトーチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アークプラズマトーチのための冷却管、電極保持具および電極、並びにその構成およびそれらを備えたアークプラズマトーチに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマは、陽イオンと陰イオン、電子並びに励起された原子と分子および中性の原子と分子からなる、高温に加熱される導電性ガスに使用される用語である。
【０００３】
単原子アルゴンおよび／または二原子ガスの水素、窒素、酸素または空気などの様々なガスがプラズマガスとして使用される。これらのガスは、アークのエネルギーによって電離され、解離される。アークは、ノズルによって縮小され、その結果、プラズマジェットと称される。
【０００４】
プラズマジェットのパラメータは、ノズルと電極の設計により大いに影響を受け得る。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量である。
【０００５】
例えば、プラズマ切断において、プラズマはノズルによって縮小され、このノズルはガスまたは水により冷却できる。このようにして、２×１０6Ｗ／ｃｍ2までのエネルギー密度を達成できる。プラズマジェットにおいて温度が３０，０００℃まで上昇し、これは、ガスの高流量と組み合わさって、非常に速い材料切断速度を達成することが可能になる。
【０００６】
ノズルへの高い熱応力のために、ノズルは通常、高い導電率および熱伝導率のために金属材料、好ましくは銅から製造される。電極は銀から製造されてもよいが、同じことが電極にも言える。次いで、ノズルは、略してプラズマトーチと呼ばれるアークプラズマトーチ内に挿入される。このプラズマトーチの主要要素は、プラズマトーチヘッド、ノズルキャップ、プラズマガス導通部材、ノズル、ノズルホルダ、電極インサートを備えた電極、および最新のプラズマトーチにおいては、ノズル保護キャップ用ホルダとノズル保護キャップである。電極の内部には、例えば、タングステンから製造された先の尖った電極インサートがあり、タングステンは、プラズマガスとしてアルゴンと水素の混合物などの非酸化ガスが使用される場合に適している。その電極インサートがハフニウムから製造される平端電極も、プラズマガスとして空気または酸素などの酸化ガスが使用される場合に適している。
【０００７】
ノズルと電極の使用期間を長くするために、それらは、ガスで冷却されてもよいが、水などの流体で冷却されることが多い。
【０００８】
この理由のために、液体冷却プラズマトーチおよびガス冷却プラズマトーチは区別される。
【０００９】
最新技術において、電極は、導電率および熱伝導率が良好な材料、例えば、銅および銀またはそれらの合金から製造され、電極インサートは、耐熱性材料、例えば、タングステン、ジルコニウムまたはハフニウムからなる。酸素を含有するプラズマガスについて、ジルコニウムを使用してよい。しかしながら、熱的性質が良好であるので、ハフニウムがより適している。何故ならば、その酸化物はより耐熱性が高いからである。
【００１０】
電極の使用期間を長くするために、エミッション・インサートとしてホルダ内に耐火性材料が導入され、次いで、これが冷却される。最も効果的な冷却形態が液体冷却である。
【００１１】
プラズマトーチにおいて、中が中空であり、その内部に冷却管が備えられた電極の構成が知られている。例えば、特許文献１において、水が、冷却管の内部を流通し、電極の底部にぶつかって流れ、次いで、電極の内面と冷却管の外面との間を逆流する。
【００１２】
電極はしばしば、内部に延在する円筒または円錐領域を有し、冷却管がそこを越えて突出している。冷却液が、この領域の周りを流れ、電極と冷却液との間の熱交換を確実に良好にすることが意図されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】旧東独国特許第８７３６１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
それにもかかわらず、装置が長期間に亘りスイッチが入れられているときに、電極が過熱されることが繰り返し起こり、このことは、電極ホルダの著しい変色および電極インサートの急激なバーンバックの形態で明らかになる。
【００１５】
それゆえ、本発明は、アークプラズマトーチの電極の過熱を防ぐ、または少なくとも減少させるという課題に基づく。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によれば、この課題は、アークプラズマトーチのための冷却管において、電極の開放端内に配置できる端部を有する細長い本体であって、その中を延在する冷却液流路を有する細長い本体を備え、その端部に、内部および／または外部に向いた冷却管の壁のビード状肥厚部があることを特徴とする冷却管により解決される。
【００１７】
この課題はさらに、請求項１から３のいずれかによる冷却管と、冷却管の前端を配置するための開放端および閉鎖端を持つ中空の細長い本体を有する電極であって、開放端の底面が突出領域を有し、冷却管の端部がそこに亘り延在し、前記肥厚部が、少なくとも突出領域に亘り長手方向に延在している電極との構成により解決される。
【００１８】
それに加え、この課題は、アークプラズマトーチのための冷却管において、アークプラズマトーチの電極ホルダに取外し可能に接続できる後端を有する細長い本体であって、その中を延在する冷却液流路を有する細長い本体を備え、後端を電極ホルダに取外し可能に接続するための雄ネジが設けられ、冷却管を電極ホルダに対して芯出しするためにこの雄ネジに円筒外面が隣接している冷却管により解決される。
【００１９】
さらに、この課題は、アークプラズマトーチのための電極ホルダにおいて、電極を受容するための端部および中空内部を有する細長い本体を備え、中空内部に、冷却管の後端内にねじ込むための雌ネジが設けられ、電極ホルダに対して冷却管を芯出しするために雌ネジに円筒内面が隣接している電極ホルダにより解決される。
【００２０】
この課題はさらに、請求項９から１３いずれかによる冷却管および請求項１４から１６いずれかによる電極ホルダの構成であって、冷却管が、雄ネジおよび雌ネジによって電極ホルダと共にねじ込まれている構成により解決される。
【００２１】
それに加え、この課題は、アークプラズマトーチのための冷却管であって、アークプラズマトーチの電極ホルダに取外し可能に接続できる後端を有する細長い本体でありその中を延在する冷却液流路を有する細長い本体を備えた冷却管と、アークプラズマトーチのための電極ホルダであって、電極を受容するための端部および中空内部を有する細長い本体を備えた電極ホルダとの構成において、冷却管の外面に、電極ホルダ内に冷却管を芯出しするための少なくとも１つの突出部が設けられた構成により解決される。
【００２２】
さらに、本発明は、アークプラズマトーチのための電極において、冷却管の前端をその中に配置するための開放端および閉鎖端を有する中空の細長い本体を備え、開放端が、電極ホルダの雌ネジと共にねじ込まれる雄ネジを有する電極であって、閉鎖端に向かって、雄ネジに隣接して、電極ホルダに対して電極を芯出しするための円筒外面がある電極を提供する。
【００２３】
それに加え、本発明は、アークプラズマトーチのための電極ホルダにおいて、電極を受容するための雌ネジが設けられた端部および中空内部を有する細長い本体を備え、雌ネジに隣接して、電極ホルダに対して電極を芯出しするための円筒内面がある電極ホルダを提供する。
【００２４】
本発明はさらに、請求項２４から２８いずれかによる電極および請求項２９から３１いずれかによる電極ホルダの構成であって、電極が、雄ネジと雌ネジにより電極ホルダと共にねじ込まれる構成を提供する。
【００２５】
さらに別の態様によれば、この課題は、請求項１から３または９から１３いずれかによる冷却管、請求項１４から１６または２９から３１いずれかによる電極ホルダ、請求項２４から２８いずれかによる電極もしくは請求項４から８、１７から２３または３２から３３いずれかによる構成を有するアークプラズマトーチにより解決される。
【００２６】
請求項１による冷却管において、肥厚部が、冷却管の長手方向に少なくとも１ミリメートルに亘り延在することが好ましい。
【００２７】
この肥厚部は、少なくとも０．２ミリメートルの外径の増加および／または少なくとも０．２ミリメートルの内径の減少を都合よくもたらす。
【００２８】
請求項４による構成において、電極を受容するための端部および中空内部を有する細長い本体を持つ電極ホルダをさらに備え、冷却管が中空内部中に突出し、電極ホルダ内に冷却管を芯出しするために冷却管の外面に少なくとも１つの突出部が設けられることが考えられる。
【００２９】
周囲に配置され、互いから間隔が空けられた第１の群の突出部を設けることが都合よい。
【００３０】
特に、この点に関して、第２の群の突出部が、周囲に配置され、互いから間隔が空けられ、第１の群の突出部から軸方向にずれていることが考えられる。
【００３１】
第２の群の突出部が、第１の群の突出部に対して周辺にずれていることがさらに好ましい。
【００３２】
請求項９による冷却管に、冷却管を電極ホルダ内に軸方向に固定するための停止面を設けてもよい。
【００３３】
円筒外面が周囲に溝を有することが好ましい。
【００３４】
特に、密閉目的のために溝にＯリングを配置してもよい。
【００３５】
本発明の特別な実施の形態によれば、円筒外面は、雄ネジの外径と正確に同じまたはそれより大きいサイズの外径を有する。
【００３６】
請求項１４による電極ホルダにおいて、冷却管を電極ホルダ内に軸方向に固定するための停止面を設けることが都合よい。
【００３７】
円筒内面が、雌ネジの内径と正確に同じまたはそれより大きいサイズの内径を有することが好ましい。ここで適用できる原理は、Ｄ６．１＝（Ｄ．６１ａ−Ｄ６．１ｉ）／２（「ａ」は外を表し、「ｉ」は内を表す）である。
【００３８】
請求項１７による構成の特別な実施の形態によれば、冷却管および電極ホルダは、前端に向かって、それらの間に環状間隙があるように設計される。
【００３９】
それに加え、冷却管の円筒外面および電極ホルダの円筒内面が、互いに対して狭い許容範囲を有することが都合よく考えられる。
【００４０】
請求項２０による構成において、周囲に配置され、互いから間隔が空いた第１の群の突出部を提供することが都合よい。特に、正確に３つの突出部を設けてよく、これらは互いから１２０°ずれて配置されることが好ましい。
【００４１】
それに加え、周囲に配置され、互いから間隔が空いた第１の群の突出部を設けてよく、第２の群の突出部は第１の群の突出部に対して軸方向にずれている。第２の群の突出部は、同様に、正確に３つの突出部からなり、これらは互いから１２０°ずれて配置されることが好ましい。
【００４２】
第２の群の突出部は、第１の群の突出部に対して周囲にずれていることが好ましい。そのずれは、例えば、６０°であってよい。
【００４３】
請求項２４による電極において、電極ホルダ内に電極を軸方向に固定するための停止面を提供することが都合よい。
【００４４】
特に、円筒外面が、密閉目的のために中にＯリングが配置された周囲溝を有してよい。
【００４５】
特に都合よい実施の形態によれば、円筒外面は、雄ネジの外径と正確に同じまたはそれより大きいサイズの外径を有する。
【００４６】
請求項２９による電極において、電極ホルダ内に電極を軸方向に固定するための停止面を設けてもよい。
【００４７】
円筒内面が、雌ネジの内径と正確に同じまたはそれより大きいサイズの内径を有することが好ましい。ここで適用できる原理は、Ｄ６．４＝（Ｄ６．４ａ−Ｄ６．４ｉ）／２である。
【００４８】
請求項３２による構成において、電極の円筒外面および電極ホルダの円筒内面が互いに対して狭い許容範囲を有することが都合よい。ここでは、いわゆる中間嵌めを使用することが通例であり、例えば、外側許容範囲：０から−０．０１ｍｍ、および内側許容範囲０から＋０．０１ｍｍを意味する。
【００４９】
本発明は、肥厚部により、冷却管と電極との間の間隙がより狭くなるが、プラズマトーチヘッドの後方領域の断面を減少させずに済む。このようにして、冷却液の高流束が、冷却管と電極との間の前方で達成され、これにより、熱伝達が改善される。
【００５０】
この熱伝達は、加えてまたは代わりに、プラズマトーチヘッドの構成部材を適切に芯出しすることによって改善される。
【００５１】
本発明は、電極と冷却液との間の熱伝達が理想的ではないという発見に基づく。この点に関して、流路内の冷却液の圧力、流速、体積流量および／または圧力差が、冷却管が電極の内部に延在する領域に亘り突出する前方領域において適切ではないであろう。その上、電極と冷却液との間の環状間隙が、中心に配置されていない場合、周囲のサイズが異なるであろうという問題が認識された。これにより、電極の内部に延在する領域の周りの冷却液の分布が不均一になる。これが冷却を損なう。
【００５２】
本発明のさらに別の特徴および利点が、以下の説明および添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。その説明において、４つの実施の形態が、図面を参照して詳しく説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるプラズマトーチヘッドの縦断面図
【図２】図１に示されたプラズマトーチヘッドの冷却管の上から見た図（左図）および縦断面図（右図）
【図３】図１に示されたプラズマトーチヘッドにおける電極と電極ホルダとの間の接続の詳細を示す縦断面図
【図４】図３に示された電極ホルダの詳細の部分縦断面図
【図５】図１に示されたプラズマトーチヘッドの電極ホルダと冷却管との間の接続の詳細を示す部分縦断面図
【図６】図５に示された電極ホルダの詳細を示す部分縦断面図
【図７】図１に示されたプラズマトーチヘッドの電極ホルダと冷却管との間の接続の詳細（断面Ａ−Ａ）を示す断面図
【図８】図１に示されたプラズマトーチヘッドの電極の個々の要素を示す縦断面図
【図９】本発明の第２の特別な実施の形態によるプラズマトーチヘッドの縦断面図
【図１０】図９に示されたプラズマトーチヘッドの冷却管の上から見た図（左図）および縦断面図（右図）
【図１１】図９に示されたプラズマトーチヘッドの電極ホルダと冷却管との間の接続の詳細を示す部分縦断面図
【図１２】本発明の第３の特別な実施の形態によるプラズマトーチヘッドの縦断面図
【図１３】図１２に示されたプラズマトーチヘッドの冷却管の上から見た図（左図）および縦断面図（右図）
【図１４】図１２に示されたプラズマトーチヘッドの電極ホルダと冷却管との間の接続の詳細を示す部分縦断面図
【図１５】本発明の第４の特別な実施の形態によるプラズマトーチヘッドの縦断面図
【図１６】図１５に示されたプラズマトーチヘッドの冷却管の上から見た図（左図）および縦断面図（右図）
【図１７】図１５に示されたプラズマトーチヘッドの電極ホルダと冷却管との間の接続の詳細を示す部分縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００５４】
図１は、本発明によるプラズマトーチヘッドの第１の特別な実施の形態を示している。このプラズマトーチヘッドは、電極７、電極ホルダ６、冷却管１０、ノズル４、ノズルキャップ２およびガスライン３を有する。ノズル４は、ノズルキャップ２およびノズルホルダ５により適所に固定される。電極ホルダ６は、それぞれ、ネジで、すなわち、雌ネジ６．４および雌ネジ６．１により、電極７および冷却管１０を受容する。ガスライン３は、電極７とノズル４との間に位置しており、プラズマガスＰＧを循環させる。それに加え、プラズマトーチヘッド１は補助ガス保護キャップ９を有し、キャップ９は、この実施の形態において、ノズル保護キャップホルダ８上にねじ込まれる。ノズル４、特にノズルの先端を保護する補助ガスＳＧが、補助ガス保護キャップ９とノズルキャップ２との間を流れる。
【００５５】
冷却管１０（図２も参照）は電極ホルダ６の後部に取り付けられ、電極７は電極ホルダ６の前部に取り付けられている。冷却管１０は、内部に、すなわち、ノズル先端から離れて延在する電極７の領域７．５に亘り突出する（図３および８も参照）。その領域において、冷却管１０の長さＬ１０．８に亘る内径Ｄ１０．８は、逆向きの冷却管１０の内部１０．９の内径Ｄ１０．９より小さく、冷却管１０の長さＬ１０．１０の外径Ｄ１０．１０は、逆向きの冷却管１０の外部１０．１１の外径Ｄ１０．１１より大きい。それゆえ、これにより、冷却管の壁１０．１９の、内向きと外向きのビード状肥厚部１０．１８が形成される。このために、冷却液が利用できる流動断面が、前方内部１０．８および前方外部１０．１０のみで妨げられ、ここで、良好な散熱のためには、冷却液の速い流速が必要とされ、後方内部１０．９と後方外部１０．１１における圧力降下をできるだけ低く維持するために、後方領域にできるだけ大きい流動断面が利用可能となることが確実になる。冷却液は、最初に流路ＷＶ１（水供給ライン１）を通って冷却管１０の内部に入り、冷却管１０と電極７と電極ホルダ６との間の空間において流路ＷＲ１（水戻りライン１）を介して戻るように流動する前に、電極の内部に延在する領域７．５に遭遇する。
【００５６】
プラズマジェット（図示せず）は、電極インサート７．８の外面に攻撃点を有する。そこが、最も熱が生じる所であり、その熱は、電極７の使用期間を長くするために、放散させるべきである。この熱は、銅または銀から製造された電極７を通じて、電極の内部にある冷却液に伝達される。
【００５７】
電極７の内部に延在してる領域７．５に亘り冷却管１０が突出している領域において、冷却管の前方内部１０．８と電極７の電極領域７．５の対向する面との間の間隙、並びに前方外部１０．１０と電極の内面７．１０の対向する面との間の間隙は、非常に小さい。その間隙は、０．１から０．５ｍｍの範囲にある。
【００５８】
それに加え、冷却液は、ノズル４とノズルキャップ２との間の空間において、流路ＷＶ２（水供給ライン２）およびＷＲ２（水戻りライン２）を通じて流動する。
【００５９】
図５および６にも示されるように、冷却管１０は、雄ネジ１０．１および雌ネジ６．１を介して電極ホルダ６にねじ込まれる。冷却管１０および電極ホルダ６は、冷却管１０の円筒外面１０．３および電極ホルダ６の円筒内面６．３により、互いに対して芯出しされる。これらは、良好な芯出しを達成するために、互いに対して狭い許容範囲を有する。これに関連して、円筒外面１０．３の許容範囲は、０から−０．０１ｍｍの外径Ｄ１０．３の公称サイズであり得、円筒内面６．３の許容範囲は、０から＋０．０１ｍｍの内径Ｄ６．３の公称サイズであり得る。電極ホルダ６の雌ネジ６．１および冷却管１０の雄ネジ１０．１は、互いに対して十分な遊びを有し、よって、冷却管１０は、電極ホルダ６中に容易にねじ込むことができる。円筒内面６．３および円筒外面１０．３により芯出しが行われるのは締付けの直前であり、これらは、狭い許容範囲を有し、ねじ込み状態で互いに面する。
【００６０】
冷却管１０の円筒外面１０．３の外径Ｄ１０．３は、雄ネジ１０．１の外径Ｄ１０．１と少なくとも同じまたはそれより大きいサイズである。
【００６１】
電極ホルダ６の円筒内面６．３の内径Ｄ６．３は、雌ネジ６．１の最小内径Ｄ６．１より大きく、ここで、Ｄ６．１＝（Ｄ６．１ａ−Ｄ６．１ｉ）／２である。
【００６２】
上述した芯出しにより、プラズマトーチヘッド１の軸Ｍに対する冷却管１０の平行なアライメント、冷却管１０と電極領域７．５との間の均一な環状間隙、それゆえ、特に冷却管１０の前方部分１０．８と内部に延在する電極領域７．５の領域における、電極内部の冷却液の流れの均一な分布が確実になる。きつくねじ込むと、停止面１０．２と６．２が互いの上に載る。これにより、冷却管１０を電極ホルダ６内に軸方向に固定できる。
【００６３】
図３および４にも示されるように、電極７が、雄ネジ７．４および雌ネジ６．４により電極ホルダ６にねじ込まれている。電極７および電極ホルダ６は、電極７の円筒外面７．６および電極ホルダ６の円筒内面６．６により互いに対して芯出しされている。これらの外面と内面は、良好な芯出しを達成するために、互いに対して狭い許容範囲を有する。これに関連して、円筒外面７．６の許容範囲は、０から−０．０１ｍｍの外径Ｄ７．６の公称サイズであり得、円筒内面６．６の許容範囲は、０から＋０．０１ｍｍの内径Ｄ６．６の公称サイズであり得る。電極ホルダ６の雌ネジ６．４および電極７の雄ネジ７．４は、互いに対して十分な遊びを有し、よって、電極７は、電極ホルダ６中に容易にねじ込むことができる。円筒内面６．６および円筒外面７．６により芯出しが行われるのは締付けの直前であり、これらは、狭い許容範囲を有し、ねじ込み状態で互いに面する。
【００６４】
電極７の円筒外面７．６の外径Ｄ７．６は、雄ネジ７．４の最大外径Ｄ７．４と少なくとも同じまたはそれより大きいサイズである（図８参照）。
【００６５】
電極ホルダ６の円筒内面６．６の内径Ｄ６．６は、雌ネジ６．４の内径Ｄ６．４より大きく、ここで、Ｄ６．４＝（Ｄ６．４ａ−Ｄ６．４ｉ）／２である。
【００６６】
上述した芯出は、プラズマトーチヘッド１の軸Ｍに対する電極６の平行なアライメントにとって必要であり、これにより、転じて、特に、冷却管１０の前方部分１０．８と電極７の内部に延在する電極領域７．５の領域における、電極内部の冷却液の流れの均一な分布が確実になる。電極７を電極ホルダ６に対して芯出しする目的は、プラズマトーチヘッドの他の構成部材、特にノズル４に対する芯出し性を確実にすることである。後者は、均一なプラズマジェットを形成するように働き、これは、ノズル４のノズル孔４．１に対する電極７の電極インサート７．８の位置決めによりある程度決定される。それに加え、円筒外面７．６は、密閉目的のためにその中にＯリング７．２が配置される溝７．３を有する。きつくねじ込むと、停止面７．７と６．７が互いの上に載る。これにより、電極７を電極ホルダ６内に軸方向に固定できる。
【００６７】
電極ホルダ６に対する冷却管１０の半径方向芯出しが、冷却管１０の外面に配置された突出部１０．６の群および突出部１０．７の群により、さらに改善される。それらは、電極ホルダ６の内面からの距離を固定する。この実施の形態において、冷却管の外面の周囲に１２０°ずれて分布し、互いに対して冷却管１０の長手方向にオフセットＬ１０ａを有する、一群当たり３つの突出部１０．６および１０．７がある（図２および７参照）。突出部１０．６は、この場合、突出部１０．７に対して６０°ずれて配置されている。このずれにより、半径方向芯出しが改善される。同時に、突出部１０．７は、冷却管１０を出し入れしてねじ込むための器具（図示せず）の対応物として使用できる。突出部１０．６および１０．７は、前方領域１０．８から見たときに、矩形断面を有する。これは、その矩形断面の角部のみが、電極ホルダ６の円筒内面６．１１に載ることを意味する。このようにして、組立ての容易さを保持しながら、高度の芯出し性が達成される。
【００６８】
図９は、本発明によるプラズマトーチヘッド１のさらに別の特別な実施の形態を示しており、これは、冷却管１０の前方内部１０．８のデザインが図１から８に示された実施の形態と異なっている（図１０も参照）。内部１０．８の長さＬ１０．８がより短く、その結果、最も前方の領域においてだけ、流動断面が著しく増加している。前方内部１０．８と前方外部１０．１０の長さはここでは同じである。それに加え、電極ホルダ６および冷却管１０が互いにねじ込まれている領域において、冷却管１０の円筒外面１０．３には溝１０．４があり、密閉目的のために、その溝にＯリング１０．５が配置されている（図１１も参照）。
【００６９】
図１２は、本発明のプラズマトーチヘッドのさらに別の特別な実施の形態を示しており、これは、冷却管１０の前方内部１０．８のデザインが図１から１１に示された２つの実施の形態と異なっている（図１３も参照）。内部１０．８の長さＬ１０．８が図１における場合より短く、前方外部１０．１０の長さＬ１０．１０が図９における場合より長い。その結果、冷却管と電極との間の最も前方の部分においてしか狭い間隙が見られないので、全体の構成の流動抵抗が減少している。
【００７０】
冷却管１０と電極ホルダ６との間の芯出しは、円筒内面６．３および円筒外面１０．３により同様に行われる。しかしながら、これらは、図１と９に示されたものとは違うように配置される。この配置の結果として、円筒芯出し表面は拡大される。このことはさらに、芯出しを改善し、「ネジ−芯出し表面−停止面」の順序を「ネジ−停止面−芯出し表面」に変えることによって行われる。さらに別の利点は、ユニットのサイズが増加しないことである。この順序を維持した場合には、停止面は、芯出し表面とは異なる直径を有する必要があるであろう。
【００７１】
図１５は、本発明のプラズマトーチヘッドのさらに別の特別な実施の形態を示している。これは、冷却管１０の前方内部１０．８の設計が図１の実施の形態と異なっている（図１６も参照）。前方内部１０．８および前方外部１０．１０の長さは、ここでは同じである。その長さにおいて、それらの部分は、電極７の領域７．５に相当する。
【００７２】
冷却管１０と電極ホルダ６との間の芯出しは、図１２に示されたように行われる。それに加え、電極ホルダ６および冷却管１０が互いにねじ込まれている領域において、冷却管１０の円筒外面１０．３には溝１０．４があり、密閉目的のために、その溝にはＯリング１０．５が配置されている。それが図１７に示されている。
【００７３】
この説明、図面および特許請求の範囲に開示された本発明の特徴は、個々と、任意の組合せの両方で、様々な実施の形態において本発明を実施するために必須であり得る。
【符号の説明】
【００７４】
１    プラズマトーチヘッド
２    ノズルキャップ
３    ガスライン
４    ノズル
５    ノズルホルダ
６    電極ホルダ
７    電極
８    ノズル保護キャップホルダ
９    補助ガス保護キャップ
１０    冷却管
【図１】
2012523651.tif 000003
【図２】
2012523651.tif 000004
【図３】
2012523651.tif 000005
【図４】
2012523651.tif 000006
【図５】
2012523651.tif 000007
【図６】
2012523651.tif 000008
【図７】
2012523651.tif 000009
【図８】
2012523651.tif 000010
【図９】
2012523651.tif 000011
【図１０】
2012523651.tif 000012
【図１１】
2012523651.tif 000013
【図１２】
2012523651.tif 000014
【図１３】
2012523651.tif 000015
【図１４】
2012523651.tif 000016
【図１５】
2012523651.tif 000017
【図１６】
2012523651.tif 000018
【図１７】
2012523651.tif 000019
【国際調査報告】
2012523651.tif 000020
2012523651.tif 000021
2012523651.tif 000022
2012523651.tif 000023
2012523651.tif 000024
2012523651.tif 000025
2012523651.tif 000026
2012523651.tif 000027
2012523651.tif 000028
2012523651.tif 000029
2012523651.tif 000030
2012523651.tif 000031