(57)【要約】  プラズマトーチヘッド、レーザ切断ヘッドまたはプラズマレーザ切断ヘッド用のノズル、このようなノズルとノズル保護キャップとから成るアセンブリ、このようなノズルと電極とから成るアセンブリ、このようなノズルおよび／またはこのようなアセンブリを備えたプラズマトーチヘッド、レーザ切断ヘッドまたはプラズマ切断ヘッド、このようなプラズマトーチヘッドを含むプラズマトーチ、このようなノズルおよび／またはこのようなアセンブリを含むレーザ切断ヘッド、このようなノズルおよび／またはこのようなアセンブリを含むプラズマレーザ切断ヘッド、これらの切断ヘッドを利用したプラズマ切断法、レーザ切断法およびプラズマレーザ切断法。
2020534162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマトーチヘッド、レーザ切断ヘッドまたはプラズマレーザ切断ヘッド用のノズル（２）であって、長手方向軸線Ｍを有する本体（２０）と、前端部（２２）と、後端部（２８）と、前記前端部（２２）に設けられたノズル開口（２４）とを含み、前記前端部（２２）の前記ノズル開口（２４）が、前記前端部から見て、縦断面で少なくとも以下の区分、すなわち
−前記長手方向軸線Ｍに沿って延び、前記後端部（２８）に向かう方向で先細りする第１の区分Ａ１であって、内面（２１１）と、前記前端部（２２）に設けられた本体エッジ（２０１）とを備えた第１の区分Ａ１と、
−前記長手方向軸線Ｍに沿って延びる第２の区分Ａ３であって、内面（２２０）と、前記第１の区分Ａ１から前記第２の区分Ａ３への移行部に設けられた本体エッジ（２０３）とを備えた第２の区分Ａ３と
を含んでいて、
前記前端部（２２）における前記ノズル開口（２４）の前記本体エッジ（２０１）と、前記第１の区分Ａ１から前記第２の区分Ａ３への前記移行部に設けられた前記本体エッジ（２０３）との間の仮想の接続ラインＶ１と、前記長手方向軸線Ｍとが、１５°〜４０°の範囲、好適には２０°〜３８°の範囲、さらに好適には２０°〜３５°の範囲、最も好適には２５°〜３５°の範囲の角度α１を形成し、かつ／または前記第１の区分Ａ１の前記内面（２１１）と、前記長手方向軸線Ｍとが、１０°〜３０°の範囲、好適には１２°〜３０°の範囲、さらに好適には１４°〜２５°の範囲、さらに好適には１５°〜２０°の範囲、最も好適には１７°〜２０°の範囲の角度αを形成し、かつ
前記第１の区分Ａ１から前記第２の区分Ａ３への前記移行部に設けられた前記本体エッジ（２０３）と前記第２の区分Ａ３から第３の区分Ａ５への移行部に設けられた本体エッジ（２０５）との間の仮想の接続ラインＶ３と、前記長手方向軸線Ｍとが、０°〜８°の範囲、好適には５°の角度γ１を形成して前記後端部（２８）に向かう方向で拡開するか、または１７２°〜１８０°の範囲、好適には１７５°の角度γ１を形成して前記後端部（２８）に向かう方向で先細りするか、または前記長手方向軸線Ｍに対して平行に延びる、または
前記第２の区分Ａ３の前記内面（２２０）が、０°〜８°の範囲、好適には５°の角度γで前記後端部（２８）に向かう方向で拡開するか、または１７２°〜１８０°の範囲、好適には１７５°の角度で前記後端部（２８）の方向に向かう方向で先細りするか、または前記長手方向軸線Ｍに対して平行に延びる、
ノズル（２）。
【請求項２】
前記第１の区分Ａ１から前記第２の区分Ａ３への前記移行部において、または該移行部の手前または直前に、前記長手方向軸線Ｍに対して４５°〜１２０°の範囲、好適には６０°〜１１０°の範囲、さらに好適には８０°〜１００°の範囲、さらに好適には８５°〜９５°の範囲の角度βで延び、最も好適には垂直方向に延びる、少なくとも１つの別の内面（２１３）が位置している、請求項１記載のノズル（２）。
【請求項３】
前記前端部（２２）から見て、前記第２の区分Ａ３の背後に、前記長手方向軸線Ｍに沿って延び、前記後端部（２８）に向かう方向で拡開する、内面（２２４）を備えた第３の区分Ａ５が存在している、請求項１または２記載のノズル（２）。
【請求項４】
前記第３の区分（Ａ５）の前記内面（２２４）が、前記長手方向軸線Ｍに沿って前記後端部（２８）に向かう方向で拡開する少なくとも１つの領域を有していて、該領域の内面と、前記長手方向軸線Ｍとが、３０°〜９０°の範囲、好適には４０°〜７５°の範囲の角度δを形成する、請求項３記載のノズル。
【請求項５】
前記前端部（２２）から見て、前記第３の区分Ａ５の背後に、内面（２２７）を備えた第４の区分Ａ７が存在していて、前記第２の区分Ａ３から前記第３の区分Ａ５への前記移行部に設けられた前記本体エッジ（２０５）と、前記第３の移行部Ａ５から前記第４の区分Ａ７への移行部に設けられた本体エッジ（２０６）との間の仮想の接続ラインＶ４と、前記長手方向軸線Ｍとが、３０°〜９０°の範囲、好適には４０°〜７５°の範囲の角度δ１を形成し、かつ／または前記第３の区分Ａ５の前記内面（２２４）と、前記長手方向軸線Ｍとが、３０°〜９０°の範囲、好適には４０°〜７５°の範囲の角度δを形成する、請求項３記載のノズル。
【請求項６】
前記前端部（２２）から見て、前記第３の区分Ａ５の背後に、内面（２２７）を備えた第４の区分Ａ７が存在していて、該第４の区分Ａ７の前記内面（２２７）が、前記長手方向軸線Ｍに対して０°〜１０°の範囲、好適には５°の角度εで前記後端部（２８）に向かう方向で拡開するか、または１７０°〜１８０°の範囲、好適には１７５°の角度で前記後端部（２８）に向かう方向で先細りするか、または前記長手方向軸線Ｍに対して平行に延びる少なくとも１つの領域を有している、または
前記第４の区分Ａ７の前記内面（２２７）が、前記長手方向軸線Ｍに対して、０°〜１０°の範囲、好適には５°の角度εで前記後端部（２８）に向かう方向で拡開するか、または１７０°〜１８０°の範囲、好適には１７５°の角度で前記後端部（２８）に向かう方向で先細りするか、または前記長手方向軸線Ｍに対して平行に延びる、請求項３記載のノズル（２）。
【請求項７】
前記第１の区分Ａ１が、前記前端部（２２）から見て、円錐状、凸状または凹状に先細りする、かつ／または
前記第２の区分Ａ３が、円錐状、凸状または凹状に先細りするかまたは拡開する、かつ／または
前記第３の区分Ａ５が、円錐状、凸状または凹状に拡開する、かつ／または
前記第４の区分Ａ７が、円錐状、凸状または凹状に先細りするかまたは拡開する、
請求項１から６までのいずれか１項記載のノズル（２）。
【請求項８】
前記第１の区分Ａ１が、前記前端部（２２）から見て、連続的または非連続的に先細りする、かつ／または
前記第２の区分Ａ３が、連続的または非連続的に先細りするかまたは拡開する、かつ／または
前記第３の区分Ａ５が、連続的または非連続的に拡開する、かつ／または
前記第４の区分Ａ７が、連続的または非連続的に先細りするかまたは拡開する、
請求項１から６までのいずれか１項記載のノズル（２）。
【請求項９】
前記第１の区分Ａ１が、前記前端部（２２）から見て、段階的に先細りする、かつ／または
前記第２の区分Ａ３が、段階的にかつ／または前記長手方向軸線Ｍに対して垂直方向に先細りするかまたは拡開する、かつ／または
前記第３の区分Ａ５が、段階的にかつ／または前記長手方向軸線Ｍに対して垂直方向に拡開する、かつ／または
前記第４の区分Ａ７が、段階的にかつ／または前記長手方向軸線Ｍに対して垂直方向に先細りするかまたは拡開する、
請求項１から６までのいずれか１項記載のノズル（２）。
【請求項１０】
前記第１の区分Ａ１および前記第２の区分Ａ３、または
前記第２の区分Ａ３および前記第３の区分Ａ５、または
前記第３の区分Ａ５および前記第４の区分Ａ７、または
前記第１の区分Ａ１、前記第２の区分Ａ３および前記第３の区分Ａ５、または
前記第２の区分Ａ３、前記第３の区分Ａ５および前記第４の区分Ａ７、または
前記第１の区分Ａ１、前記第２の区分Ａ３、前記第３の区分Ａ５および前記第４の区分Ａ７が、互いに直接に続いている、請求項１から９までのいずれか１項記載のノズル（２）。
【請求項１１】
前記第１の区分Ａ１の最大の横断面積Ａ１０、および／または前記ノズル開口（２４）の、該ノズル開口（２４）の前記前端部（２２）に直接に位置する最大の横断面積Ａ１０が、前記第２の区分Ａ３の最小の横断面積Ａ３０，Ａ３１および／または前記ノズル開口（２４）の最小の横断面積Ａ３０，Ａ３１よりも最小で１．７倍、好適には２．１倍大きく、かつ／または最大で４．０倍、好適には３．７倍大きい、請求項１から１０までのいずれか１項記載のノズル（２）。
【請求項１２】
前記第１の区分Ａ１の最大の直径Ｄ１、および／または前記ノズル開口（２４）の、該ノズル開口（２４）の前記前端部に直接に位置する最大の直径Ｄ１が、前記第２の区分Ａ３の最小の直径Ｄ３および／または前記ノズル開口（２４）の最小の直径Ｄ３よりも最小で１．３倍、好適には１．４５倍大きく、かつ／または最大で２．１倍、好適には１．９倍大きい、請求項１から１１までのいずれか１項記載のノズル（２）。
【請求項１３】
前記第１の区分Ａ１の最大の直径Ｄ１、および／または前記ノズル開口（２４）の、該ノズル開口（２４）の前記前端部（２２）に直接に位置する最大の直径Ｄ１が、前記第２の区分Ａ３の最小の直径Ｄ３および／または前記ノズル開口（２４）の最小の直径Ｄ３よりも最小で０．５ｍｍ、好適には０．６ｍｍ大きく、かつ／または最大で１．２ｍｍ、好適には１．０ｍｍ大きい、請求項１から１２までのいずれか１項記載のノズル（２）。
【請求項１４】
前記第１の区分Ａ１の、前記長手方向軸線Ｍに沿って延びる長さＬ１と、前記第２の区分Ａ３の、前記長手方向軸線Ｍに沿って延びる長さＬ３との商Ｌ１／Ｌ３が、０．５〜１．２、好適には０．６５〜１である、請求項１から１３までのいずれか１項記載のノズル（２）。
【請求項１５】
前記第３の区分Ａ５の、前記長手方向軸線Ｍに沿って延びる長さＬ５と、前記第１の区分Ａ１の、前記長手方向軸線Ｍに沿って延びる長さＬ１との商Ｌ５／Ｌ１が、１．５以下であり、好適には１．２５以下である、請求項１から１４までのいずれか１項記載のノズル（２）。
【請求項１６】
前記第３の区分Ａ５の、前記長手方向軸線Ｍに沿って延びる長さＬ５と、前記第２の区分Ａ３の、前記長手方向軸線Ｍに沿って延びる長さＬ３との商Ｌ５／Ｌ３が、１．２５以下であり、好適には１以下である、請求項１から１５までのいずれか１項記載のノズル（２）。
【請求項１７】
前記第１の区分の長さ、前記第２の区分の長さ、前記第３の区分の長さおよび前記第４の区分の長さに対して、
Ｌ１≦２ｍｍ、Ｌ３≦３ｍｍ、Ｌ５≦２ｍｍおよびＬ７≦３ｍｍ、好適には
Ｌ１≦１ｍｍ、Ｌ３≦１．５ｍｍ、Ｌ５≦１．５ｍｍおよびＬ７≦２．５ｍｍ
が当てはまる、請求項１から１６までのいずれ１項記載のノズル（２）。
【請求項１８】
前記第２の区分Ａ３の、前記長手方向軸線Ｍに沿って延びる長さＬ３と、前記第２の区分Ａ３の直径Ｄ３との商Ｌ３／Ｄ３が、０．６〜１．７、好適には０．６５〜１．５５である、請求項１から１７までのいずれか１項記載のノズル（２）。
【請求項１９】
前記第４の区分Ａ７の最大の直径Ｄ７が、前記第１の区分Ａ１の最大の直径Ｄ１および／または前記ノズル開口（２４）の、該ノズル開口（２４）の前記前端部（２２）に直接に位置する最大の直径Ｄ１と、最小で同一の大きさであり、かつ最大で前記直径Ｄ１の２倍の大きさである、請求項１から１８までのいずれか１項記載のノズル（２）。
【請求項２０】
前記第１の区分Ａ１の前記内面（２１１および／または２１１および２１３）により形成される容積Ｖ１０が、前記第２の区分Ａ３の前記内面（２２０）により形成される容積Ｖ３０よりも大きく、好適には最小で１．３倍大きく、かつ／または最大で２．５倍大きく、さらに好適には最大で２．２倍大きい、請求項１から１９までのいずれか１項記載のノズル（２）。
【請求項２１】
前記第１の区分Ａ１から前記第２の区分Ａ３への前記移行部において、前記第２の区分Ａ３の直径Ｄ３が、前記第１の区分Ａ１の直径Ｄ２および／または最小の直径Ｄ２よりも最小で０．２ｍｍ小さく、かつ／または最大で０．６ｍｍ小さい、請求項１から２０までのいずれか１項記載のノズル（２）。
【請求項２２】
請求項１から２１までのいずれか１項記載のノズル（２）と、ノズル保護キャップ（６）とから成るアセンブリであって、前記ノズル（２）と前記ノズル保護キャップ（６）とが、少なくとも前端部（２２）およびノズル開口（２４）の領域において互いに離間して配置されており、前記ノズル保護キャップ（６）が、前記ノズル開口（２４）に長手方向軸線Ｍ上で整合する開口（６４）を有している、アセンブリ。
【請求項２３】
前記ノズル（２）の外面（２３）と、前記ノズル保護キャップ（６）の内面（６２）との間に、ノズルキャップ（５）が配置されている、請求項２２記載のアセンブリ。
【請求項２４】
前記ノズル保護キャップ（６）の開口（６４）が、前記ノズル（２）の横断面積Ａ１０よりも大きな横断面積Ａ６０、好適には前記ノズル（２）の、前記ノズル保護キャップ（６）に向かって延長された仮想の接続ラインＶ１により投影される仮想の面積Ａ７０と同一の大きさであるかまたは該仮想の面積Ａ７０よりも大きな横断面積Ａ６０を有しているか、または前記ノズル（２）の直径Ｄ１よりも大きな直径Ｄ６、好適には前記ノズル（２）の、前記ノズル保護キャップ（６）に向かって延長された仮想の接続ラインＶ１により投影される仮想の面積Ａ７０の直径Ｄ７０と同一の大きさであるかまたは該直径Ｄ７０よりも大きな直径Ｄ６を有している、かつ／または前記ノズル保護キャップ（６）の前記開口（６４）が、前記ノズル（２）の横断面積Ａ１０よりも大きな横断面積Ａ６０、好適には前記ノズル（２）の、前記ノズル保護キャップ（６）に向かって延長された仮想の接続ラインＶ２により投影される仮想の面積Ａ８０と同一の大きさであるかまたは該面積Ａ８０よりも大きな横断面積Ａ６０を有しているか、または前記ノズル（２）の直径Ｄ１よりも大きな直径Ｄ６、好適には前記ノズル（２）の、前記ノズル保護キャップ（６）に向かって延長された仮想の接続ラインＶ２により投影される仮想の面積Ａ８０の直径Ｄ８０と同一の大きさであるかまたは該直径Ｄ８０よりも大きな直径Ｄ６を有している、請求項２２または２３記載のアセンブリ。
【請求項２５】
前記ノズル（２）の前記第１の区分Ａ１の長さＬ１および／または前記第２の区分Ａ３の長さＬ３および／または長さＬ１と長さＬ３との合計が、前記ノズル（２）の前記前端部（２２）の外面（２３０）と、前記ノズル保護キャップ（６）の前記内面（６２）との間の最短の間隔Ｌ６１の長さよりも大きい、請求項２２から２４までのいずれか１項記載のアセンブリ。
【請求項２６】
前記ノズル（２）または前記ノズルキャップ（５）が、前記ノズル保護キャップ（６）から、前記開口（７１）を含むガスガイド部（７）によって互いに電気絶縁されて配置されている、請求項２２から２５までのいずれか１項記載のアセンブリ。
【請求項２７】
前記ガスガイド部（７）の前記開口（７１）が、前記長手方向軸線Ｍに対して半径方向に、または前記長手方向軸線Ｍの半径方向線に対してずらされてまたは傾斜して、または前記長手方向軸線Ｍに対して平行に、または前記長手方向軸線Ｍに対して傾斜して配置されている、請求項２６記載のアセンブリ。
【請求項２８】
前記長手方向軸線Ｍに沿って互いに離間して配置されている、請求項１から２１までのいずれか１項記載のノズル（２）と、電極（３）とから成る、アセンブリ。
【請求項２９】
電極（３）を含み、該電極（３）が、電極ホルダ（３２）と、該電極（３）の前端部（３３）に設けられた放射インサート（３１）とを含み、該放射インサート（３１）が、前記長手方向軸線Ｍに沿って前記ノズル開口（２４）に整合して延びていて、前記電極（３）の前記前端部（３３）が、前記ノズル（２）の内室（２５）内に配置されていて、前記電極（３）の前記前端部（３３）の外面（３４）と、前記ノズル開口（２４）の前記区分Ａ３との間の間隔Ｌ１３が、前記第１の区分Ａ１の長さＬ１および／または前記第２の区分Ａ３の長さＬ３および／または前記ノズル（２）の前記第１の区分Ａ１の長さＬ１と前記第２の区分Ａ３の長さＬ３との合計よりも最小で１．５倍大きい、請求項２８記載のアセンブリ。
【請求項３０】
前記ノズル（２）と前記電極（３）とが、前記開口（４１）を含むガスガイド部（４）により互いに電気的に絶縁されて離間して配置されている、請求項２８または２９記載のアセンブリ。
【請求項３１】
前記ガスガイド部（４）が、開口（４１）を含んでいる、請求項２８から３０までのいずれか１項記載のアセンブリ。
【請求項３２】
前記開口（４１）が、前記長手方向軸線Ｍに対して半径方向に、または前記長手方向軸線Ｍの半径方向線に対してずらされてまたは傾斜して、または前記長手方向軸線Ｍに対して平行に、または前記長手方向軸線Ｍに対して傾斜して配置されている、請求項３１記載のアセンブリ。
【請求項３３】
前記電極が、電極ホルダ（３２）と、放射インサート（３１）とを含んでいて、該放射インサート（３１）が、前記電極（３）の前記前端部（３３）において前記電極ホルダ（３２）から突出していない、請求項２８から３２までのいずれか１項記載のアセンブリ。
【請求項３４】
請求項１から２１までのいずれか１項記載のノズル（２）および／または請求項２２から３３までのいずれか１項記載のアセンブリを含む、プラズマトーチヘッド、レーザ切断ヘッドまたはプラズマレーザ切断ヘッド。
【請求項３５】
請求項３４記載のプラズマトーチヘッドを含む、プラズマトーチ。
【請求項３６】
プラズマアークトーチ、プラズマ切断トーチまたはプラズマアーク切断トーチである、請求項３５記載のプラズマトーチ。
【請求項３７】
請求項１から２１までのいずれか１項記載のノズル（２）および／または請求項２２から２７までのいずれか１項記載のアセンブリを含む、レーザ切断ヘッド。
【請求項３８】
請求項１から２１までのいずれか１項記載のノズル（２）および／または請求項２２から３３までのいずれか１項記載のアセンブリを含む、プラズマレーザ切断ヘッド。
【請求項３９】
請求項３５または３６記載のプラズマトーチを使用する、プラズマ切断法。
【請求項４０】
請求項３７記載のレーザ切断ヘッドを使用する、レーザ切断法。
【請求項４１】
請求項３８記載のプラズマレーザ切断ヘッドを使用する、プラズマレーザ切断法。
【請求項４２】
酸化性ガス、非酸化性ガスおよび／または還元ガスまたはガス混合物をプラズマガスおよび／またはプロセスガスおよび／または二次ガスとして使用する、請求項３９から４１までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、プラズマトーチヘッド、レーザ切断ヘッドおよびプラズマレーザ切断ヘッド用のノズル、ノズルを備えたアセンブリ、プラズマトーチヘッドおよびプラズマトーチ、ノズルを備えたレーザ切断ヘッドならびにこのノズルを備えたプラズマレーザ切断ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマトーチ、レーザ切断ヘッドおよびプラズマレーザ切断ヘッドは、鋼および非鉄金属のような導電性の材料を熱加工するために極めて一般的に使用される。
【０００３】
プラズマトーチは、通常、トーチヘッド、電極、ノズルおよびノズル用のホルダから成っている。近年のプラズマトーチは、ノズル上に取り付けられるノズル保護キャップを付加的に有している。しばしば、ノズルはノズルキャップによって位置固定される。
【０００４】
プラズマトーチの運転によって、アークにより発生する高い熱負荷の結果摩耗する構成部材は、プラズマトーチのタイプに応じて特に電極、ノズル、ノズルキャップ、ノズル保護キャップ、ノズル保護キャップホルダおよびプラズマガスガイド部材および二次ガスガイド部材である。これらの構成部材は、オペレータによって容易に交換することができ、したがって摩耗部材と呼ぶことができる。
【０００５】
プラズマトーチは、プラズマトーチに電気およびガスを供給する電源およびガス供給部にケーブルを介して接続されている。さらに、プラズマトーチは、たとえば冷却液のような冷却媒体用の冷却装置に接続されていてよい。
【０００６】
プラズマ切断トーチでは、高い熱負荷が発生する。これは、ノズル孔によるプラズマジェットの強い狭窄化を原因とする。プラズマ切断トーチでは、小さな孔が使用され、これによりノズル孔内における５０〜１５０Ａ／ｍｍ２の高い電流密度、約２ｘ１０６Ｗ／ｃｍ２のエネルギ密度および３００００Ｋまでの高い温度が発生させられる。さらに、プラズマ切断トーチ内では、通常は１２バールまでの比較的高いガス圧が使用される。ノズル孔を通流するプラズマガスの高い温度と大きな運動エネルギとの組み合わせは、ワークの溶融と、溶融物の除去とをもたらす。切断溝が生じ、ワークは分離される。ノズルおよび／またはノズル保護キャップからのプラズマジェットの流出時に、ノズル内の切断電流および電流密度ならびに使用されるガスに応じて、高い騒音負荷が発生する。この騒音負荷は、１００ｄＢ（Ａ）以上にもなる。人間にとって知覚可能な音響周波数は、約２０ヘルツ〜約２００００ヘルツの範囲にある。大きな振幅を有する高い周波数（＞１０００ヘルツ）は、不快に感じられるだけではなく、適切な防音手段がないと健康に悪影響を与えてしまう。プラズマ切断時の音響の周波数を記録すると、１０００ヘルツ〜１５０００ヘルツの相当な振幅が含まれていた。
【０００７】
プラズマ切断時にはしばしば、非合金鋼または低合金鋼を切断するために酸化性ガスが使用され、高合金鋼または非鉄金属を切断するために非酸化性ガスが使用される。
【０００８】
電極とノズルとの間には、プラズマガスが流れる。プラズマガスは、ガスガイド部材を通してガイドされる。これにより、プラズマガスを意図的に方向付けることができる。しばしば、プラズマガスは、プラズマガイド部材における開口の半径方向および／または軸方向のずれにより、電極を中心として回転させられる。プラズマガスガイド部材は、電気絶縁性材料から成っている。なぜならば、電極とノズルとは、互いから電気的に絶縁されていなければならないからである。電気的絶縁は、電極とノズルとが、プラズマ切断トーチの運転中に互いに異なる電位を有しているので必要である。プラズマ切断トーチを運転するために、電極と、ノズルおよび／またはワークとの間でアークが形成され、アークはプラズマガスをイオン化する。アークの点弧のためには、電極とノズルとの間に高電圧を加えることができる。この電圧は、電極とノズルとの間の区間の予備イオン化のために、ひいてはアークの形成のために働く。電極とノズルとの間で燃焼するアークは、パイロットアークとも呼ばれる。
【０００９】
パイロットアークは、ノズル孔から進出し、ワークに衝突し、ワークへの区間をイオン化する。これにより、電極とワークとの間でアークが形成される。このアークは、メインアークとも呼ばれる。メインアーク中に、パイロットアークは遮断することができる。しかしパイロットアークを、引き続き運転させることもできる。プラズマ切断時には、ノズルに付加的に負荷を加えないために、パイロットアークは遮断されることが多い。
【００１０】
特に、電極およびノズルには熱的に高い負荷が加えられるので、冷却される必要がある。同時に電極およびノズルは、アークの形成のために必要とされる電流も伝導しなければならない。したがってこのためには、良好に熱を伝導しかつ電気を良好に伝導する材料、通常は金属、たとえば銅、銀、アルミニウム、錫、亜鉛、鉄またはこれらの金属のうちの少なくとも１種を含んでいる合金が使用される。
【００１１】
電極は、しばしば電極ホルダおよび放射インサート（Emissionseinsatz）とから成っている。放射インサートは、高い融解温度（＜２０００℃）と、電極ホルダよりも小さな仕事関数を有する材料から製造されている。放射インサートのための材料として、たとえばアルゴン、水素、窒素、ヘリウムおよびこれらの混合物のような非酸化性プラズマガスの使用時にはタングステンが使用され、たとえば酸素、空気およびこれらの混合物、窒素−酸素混合物、別のガスとの混合物のような酸化性ガスの使用時にはハフニウムまたはジルコニウムが使用される。これらの高温材料は、良好に熱を伝導しかつ電気を良好に伝導する材料から成る電極ホルダ内に嵌め込まれ、たとえば形状結合式（Formschluss）および／または力結合式（Kraftschluss）に圧入される。
【００１２】
電極およびノズルの冷却は、ノズルの外面に沿って流れるガス、たとえばプラズマガスまたは二次ガスにより行うことができる。しかし、液体、たとえば水による冷却がより効果的である。電極および／またはノズルは、しばしば液体によって直接に冷却される。つまり、液体は、電極および／またはノズルに直接に接触している。冷却液をノズルの周囲にガイドするために、ノズルの周囲にはノズルキャップが位置している。ノズルキャップの内面は、ノズルの外面とともに、冷却材が流れる冷却材室を形成する。
【００１３】
近年のプラズマ切断トーチでは、ノズルおよび／またはノズルキャップの外側に付加的にノズル保護キャップが位置している。ノズル保護キャップの内面と、ノズルまたはノズルキャップの外面とは、二次ガスまたは保護ガスが流れる室を形成する。二次ガスまたは保護ガスは、ノズル保護キャップの孔から流出し、プラズマジェットを取り囲み、プラズマジェットの周囲の規定された雰囲気を提供する。付加的には二次ガスは、ノズルおよびノズル保護キャップを、これらとワークとの間に形成され得るアークから保護する。これらのアークはダブルアークとも呼ばれ、ノズルの損傷をもたらしてしまう。特に、ワーク内への差込み時に、ノズルおよびノズル保護キャップは、材料の高温の跳ね上がり（Hochspritzen）によって強く負荷される。二次ガスは、その体積流量が差込み時に切断時の値に対して高めることができ、跳ね上がった材料をノズルおよびノズル保護キャップから遠ざけ、これによりノズルおよびノズル保護キャップを損傷から保護する。
【００１４】
ノズル保護キャップにも同様に熱的に高い負荷が加えられるので、冷却されなければならない。したがって、このためには良好に熱を伝導しかつ電気を良好に伝導する材料、通常は金属、たとえば銅、銀、アルミニウム、錫、亜鉛、鉄またはこれらの金属のうちの少なくとも１種を含む合金が使用される。
【００１５】
電極およびノズルは、間接的に冷却することもできる。その際に、電極およびノズルは、良好に熱を伝導しかつ電気を良好に伝導する材料、通常は金属、たとえば銅、銀、アルミニウム、錫、亜鉛、鉄またはこれらの金属のうちの少なくとも１種を含む合金から成る構成部材に触れることにより接触している。この構成部材は、同様に直接冷却される。つまり、大抵は流れる冷却材に直接に接触している。こうした構成部材は、同時に電極、ノズル、ノズルキャップまたはノズル保護キャップ用のホルダまたは収容部として働き、熱を導出しかつ電流を供給する。
【００１６】
電極のみ、またはノズルのみを液体によって冷却することもできる。
【００１７】
ノズル保護キャップは、大抵は二次ガスによってのみ冷却される。二次ガスキャップが冷却液により直接的または間接的に冷却されるアセンブリも公知である。
【００１８】
上記で説明したように、プラズマ切断時に、プラズマもしくはプラズマガスの高いエネルギ密度および高い流速により、部分的に１００ｄＢ（Ａ）以上の高い音圧レベルを有する高い騒音負荷が発生する。音圧レベルの大きさは、特にプラズマが運転される電気出力または切断電流、ノズル開口内での切断電流密度、ワーク厚さ、ひいてはアーク長さ、切断速度および使用されるプラズマガスまたは二次ガスに依存する。出力が高くなり、切断電流が大きくなり、電流密度が大きくなり、ワーク厚さが大きくなり、アーク長さが大きくなるほど、騒音負荷は増大する。幾つかのプラズマ切断技術では、いわゆるホイッスル音が付加的に生じる。このホイッスル音は、人間の聴覚によって極めて不快かつうるさく感じられる。この音は特に、プラズマガスがたとえば対応するプラズマガスガイド部により高い回転数で回転させられた場合に発生する。
【００１９】
レーザ切断ヘッドは、主に、本体、レーザビームをフォーカシングするための本体内に設けられた光学システム、レーザ光供給部もしくは光ファイバ、ガス（切断ガスおよび二次ガス）および冷却媒体用の接続部ならびに開口を備えたノズルから成っている。開口は、切断ガスのガスジェットを成形し、この開口を通ってレーザ切断ヘッドからのレーザビームが進出する。レーザビームは、ワークに衝突し、吸収される。切断ガスとの組み合わせにおいて、加熱されたワークは溶融し、除去される（レーザ溶融切断）か、または酸化される（レーザトーチ切断）。
【００２０】
レーザ切断ヘッドでは、ノズルの外側にノズル保護キャップを付加的に配置することができる。ノズル保護キャップの内面と、ノズルまたはノズルキャップの外面とは、二次ガスまたは保護ガスが流れる室を形成する。二次ガスまたは保護ガスは、ノズル保護キャップの孔から流出し、レーザビームを取り囲み、レーザビームの周囲の規定された雰囲気を提供する。付加的に、二次ガスはノズルを保護する。特に、ワーク内への差込み時に、ノズルは、材料の高温の跳ね上がりによって強く負荷される。二次ガスは、その体積流量を差込み時に切断時の値に対して高めることができ、跳ね上がった材料をノズルから遠ざけ、これによりノズルを損傷から保護する。
【００２１】
ノズル開口からのガスジェットの流出時に、特に切断ガスの体積流量が大きな場合に、同様に高い騒音負荷が生じる。高い体積流量は、特にたとえば高合金鋼およびアルミニウムのレーザ溶融切断時に必要となる。
【００２２】
プラズマジェット切断もレーザビーム切断も同時に使用される加工ヘッド、いわゆるプラズマレーザ切断ヘッドは、プラズマトーチヘッドおよびレーザ切断ヘッドの特徴を有している。このプラズマレーザ切断ヘッドでは、両切断方法の特徴、ひいては利点も互いに組み合わせられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
騒音は、健康被害を引き起こし得る。本発明の目的は、可能であれば切断速度および切断品質を損なうことなしに、プラズマ切断、（プロセスガスを用いた）レーザ切断（レーザビーム切断）およびプラズマレーザ切断時の騒音負荷を減じることである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明によれば、この課題は、プラズマトーチヘッド、レーザ切断ヘッドまたはプラズマレーザ切断ヘッド用のノズルであって、長手方向軸線Ｍを有する本体と、前端部と、後端部と、前端部に設けられたノズル開口とを含み、前端部のノズル開口が、前端部から見て、縦断面で少なくとも以下の区分、すなわち長手方向軸線Ｍに沿って延び、後端部に向かう方向で先細りする第１の区分Ａ１であって、内面と、前端部に設けられた本体エッジとを備えた第１の区分Ａ１と、長手方向軸線Ｍに沿って延びる第２の区分Ａ３であって、内面と、第１の区分Ａ１から第２の区分Ａ３への移行部に設けられた本体エッジとを備えた第２の区分Ａ３とを含んでいて、第１の区分Ａ１が、その全長にわたって線形に先細りしているのではなく、前端部におけるノズル開口の本体エッジと、第１の区分Ａ１から第２の区分Ａ３への移行部に設けられた本体エッジとの間の仮想の接続ラインＶ１と、長手方向軸線Ｍとが、１５°〜４０°の範囲、好適には２０°〜３８°の範囲、さらに好適には２０°〜３５°の範囲、最も好適には２５°〜３５°の範囲の角度α１を形成し、かつ／または第１の区分Ａ１の内面（２１１）と、長手方向軸線Ｍとが、１０°〜３０°の範囲、好適には１２°〜３０°の範囲、さらに好適には１４°〜２５°の範囲、さらに好適には１５°〜２０°の範囲、最も好適には１７°〜２０°の範囲の角度αを形成し、かつ第１の区分Ａ１から第２の区分Ａ３への移行部に設けられた本体エッジ（２０３）と第２の区分Ａ３から第３の区分Ａ５への移行部に設けられた本体エッジ（２０５）との間の仮想の接続ラインＶ３と、長手方向軸線Ｍとが、０°〜８°の範囲、好適には５°の角度γ１を形成して後端部（２８）に向かう方向で拡開するか、または１７２°〜１８０°の範囲、好適には１７５°の角度γ１を形成して後端部（２８）に向かう方向で先細りするか、または長手方向軸線Ｍに対して平行に延びる、または第２の区分Ａ３の内面（２２０）が、０°〜８°の範囲、好適には５°の角度γで後端部（２８）に向かう方向で拡開するか、または１７２°〜１８０°の範囲、好適には１７５°の角度で後端部（２８）の方向に向かう方向で先細りするか、または長手方向軸線Ｍに対して平行に延びることにより、解決される。
【００２５】
さらに本発明は、請求項１から２１までのいずれか１項記載のノズルと、ノズル保護キャップとから成るアセンブリであって、ノズルとノズル保護キャップとが、少なくとも前端部およびノズル開口の領域において互いに離間して配置されており、ノズル保護キャップが、ノズル開口に長手方向軸線Ｍ上で整合する開口を有している、アセンブリにより解決される。
【００２６】
さらにこの課題は、長手方向軸線Ｍに沿って互いに離間して配置されている、請求項１から２１までのいずれか１項記載のノズルと、電極とから成るアセンブリにより解決される。
【００２７】
さらにこの課題は、請求項１から２１までのいずれか１項記載のノズルおよび／または請求項２２から３３までのいずれか１項記載のアセンブリを含む、プラズマトーチヘッドにより解決される。
【００２８】
さらにこの課題は、請求項３４の記載のプラズマトーチヘッドを含むプラズマトーチにより解決される。
【００２９】
さらにこの課題は、請求項１から２１までのいずれか１項記載のノズルおよび／または請求項２２から２７までのいずれか１項記載のアセンブリを含む、レーザ切断ヘッドにより解決される。
【００３０】
さらにこの課題は、請求項１から２１までのいずれか１項記載のノズルおよび／または請求項２２から３３までのいずれか１項記載のアセンブリを含む、プラズマレーザ切断ヘッドにより解決される。
【００３１】
この課題は、請求項３５または３６記載のプラズマトーチを使用する、プラズマ切断法によっても解決される。
【００３２】
さらにこの課題は、請求項３７記載のレーザ切断ヘッドを使用する、レーザ切断法によっても解決される。
【００３３】
最終的にこの課題は、請求項３８記載のプラズマレーザ切断ヘッドを使用する、プラズマレーザ切断法によっても解決される。
【００３４】
ノズルでは、第１の区分Ａ１から第２の区分Ａ３への移行部において、または移行部の手前または直前に、長手方向軸線Ｍに対して４５°〜１２０°の範囲、好適には６０°〜１１０°の範囲、さらに好適には８０°〜１００°の範囲、さらに好適には８５°〜９５°の範囲の角度βで延び、最も好適には垂直方向に延びる、少なくとも１つの別の内面２１３が位置していることが規定されていてよい。内面２１３は、本体エッジ２０３と、内面２１１との間に位置していて、移行は段階的にまたは連続的に行うことができる。
【００３５】
有利には、前端部から見て、第２の区分Ａ３の背後に、長手方向軸線Ｍに沿って延び、後端部に向かう方向で拡開する、内面を備えた第３の区分Ａ５が存在している。
【００３６】
特に、第３の区分Ａ５の内面が、長手方向軸線Ｍに沿って後端部に向かう方向で拡開する少なくとも１つの領域を有していて、該領域の内面と、長手方向軸線Ｍとが、３０°〜９０°の範囲、好適には４０°〜７５°の範囲の角度δを形成することが規定されていてよい。
【００３７】
代替的には、前端部から見て、第３の区分Ａ５の背後に、内面を備えた第４の区分Ａ７が存在していて、第２の区分Ａ３から第３の区分Ａ５への移行部に設けられた本体エッジと、第３の移行部Ａ５から第４の区分Ａ７への移行部に設けられた本体エッジとの間の仮想の接続ラインＶ４と、前記長手方向軸線Ｍとが、３０°〜９０°の範囲、好適には４０°〜７５°の範囲の角度δ１を形成し、かつ／または第３の区分Ａ５の内面（２２４）と、長手方向軸線Ｍとが、３０°〜９０°の範囲、好適には４０°〜７５°の範囲の角度δを形成することが規定されていてよい。
【００３８】
さらに代替的には、前端部２２から見て、第３の区分Ａ５の背後に、内面を備えた第４の区分Ａ７が存在していて、第４の区分Ａ７の内面２２７が、長手方向軸線Ｍに対して０°〜１０°の範囲、好適には５°の角度εで後端部２８に向かう方向で拡開するか、または１７０°〜１８０°の範囲、好適には１７５°の角度で後端部２８に向かう方向で先細りするか、または長手方向軸線Ｍに対して平行に延びる少なくとも１つの領域を有している、または第４の区分Ａ７の内面２２７が、長手方向軸線Ｍに対して、０°〜１０°の範囲、好適には５°の角度εで後端部２８に向かう方向で拡開するか、または１７０°〜１８０°の範囲、好適には１７５°の角度で後端部２８に向かう方向で先細りするか、または長手方向軸線Ｍに対して平行に延びることが規定されていてよい。
【００３９】
特に、前端部から見て、第３の区分Ａ５の背後に、内面を備えた第４の区分Ａ７が存在していて、第４の区分Ａ７の内面が、長手方向軸線Ｍに対して、０°〜１０°の範囲、好適には５°の角度εで後端部２８に向かう方向で拡開するか、または１７０°〜１８０°の範囲、好適には１７５°の角度で後端部２８に向かう方向で先細りするか、または長手方向軸線Ｍに対して平行に延びることが規定されていてよい。
【００４０】
別の特別な実施形態では、第１の区分Ａ１が、前端部から見て、円錐状、凸状または凹状に先細りする、
かつ／または
第２の区分Ａ３が、円錐状、凸状または凹状に先細りするかまたは拡開する、
かつ／または
第３の区分Ａ５が、円錐状、凸状または凹状に拡開する、
かつ／または
第４の区分Ａ７が、円錐状、凸状または凹状に先細りするかまたは拡開する。
【００４１】
特別な実施形態では、第１の区分Ａ１が、前端部から見て、連続的または非連続的に先細りする、かつ／または
第２の区分Ａ３が、連続的または非連続的に先細りするかまたは拡開する、かつ／または
第３の区分Ａ５が、連続的または非連続的に拡開する、かつ／または
第４の区分Ａ７が、連続的または非連続的に先細りするかまたは拡開する。
【００４２】
別の特別な実施形態では、第１の区分Ａ１が、前端部から見て、段階的に先細りする、かつ／または
第２の区分Ａ３が、段階的にかつ／または長手方向軸線Ｍに対して垂直方向に先細りするかまたは拡開する、かつ／または
第３の区分Ａ５が、段階的にかつ／または長手方向軸線Ｍに対して垂直方向に拡開する、かつ／または
前記第４の区分Ａ７が、段階的にかつ／または長手方向軸線Ｍに対して垂直方向に先細りするかまたは拡開する。
【００４３】
有利には、
第１の区分Ａ１および第２の区分Ａ３、または
第２の区分Ａ３および第３の区分Ａ５、または
第３の区分Ａ５および第４の区分Ａ７、または
第１の区分Ａ１、第２の区分Ａ３および第３の区分Ａ５、または
第２の区分Ａ３、第３の区分Ａ５および第４の区分Ａ７、または
第１の区分Ａ１、第２の区分Ａ３、第３の区分Ａ５および第４の区分Ａ７が、
互いに直接に続いている。
【００４４】
有利には、第１の区分Ａ１の最大の横断面積Ａ１０および／またはノズル開口の、該ノズル開口の前端部に直接に位置する最大の横断面積が、第２の区分Ａ３の最小の横断面積Ａ３０，Ａ３１および／またはノズル開口の最小の横断面積Ａ３０，Ａ３１よりも最小で１．７倍、好適には２．１倍大きく、かつ／または最大で４．０倍、好適には３．７倍大きい。
【００４５】
有利には、第１の区分Ａ１の最大の直径Ｄ１、および／またはノズル開口の、該ノズル開口の前端部に直接に位置する最大の直径Ｄ１が、第２の区分Ａ３の最小の直径Ｄ３および／またはノズル開口の最小の直径Ｄ３よりも最小で１．３倍、好適には１．４５倍大きく、かつ／または最大で２．１倍、好適には１．９倍大きい。
【００４６】
好適には、第１の区分Ａ１の最大の直径Ｄ１、および／またはノズル開口の、該ノズル開口の前端部に直接に位置する最大の直径Ｄ１が、第２の区分Ａ３の最小の直径Ｄ３および／またはノズル開口の最小の直径Ｄ３よりも最小で０．５ｍｍ、好適には０．６ｍｍ大きく、かつ／または最大で１．２ｍｍ、好適には１．０ｍｍ大きい。
【００４７】
有利には、第１の区分Ａ１の、長手方向軸線Ｍに沿って延びる長さＬ１と、第２の区分Ａ３の、長手方向軸線Ｍに沿って延びる長さＬ３との商Ｌ１／Ｌ３が、０．５〜１．２、好適には０．６５〜１である。
【００４８】
好適には、第３の区分Ａ５の、長手方向軸線Ｍに沿って延びる長さＬ５と、第１の区分Ａ１の、長手方向軸線Ｍに沿って延びる長さＬ１との商Ｌ５／Ｌ１が、１．５以下であり、好適には１．２５以下である。
【００４９】
好ましくは、第３の区分Ａ５の、長手方向軸線Ｍに沿って延びる長さＬ５と、第２の区分Ａ３の、長手方向軸線Ｍに沿って延びる長さＬ３との商Ｌ５／Ｌ３が、１．２５以下であり、好適には１以下である。
【００５０】
特別な実施形態では、第１の区分の長さ、第２の区分の長さ、第３の区分の長さおよび第４の区分の長さに対して、
Ｌ１≦２ｍｍ、Ｌ３≦３ｍｍ、Ｌ５≦２ｍｍおよびＬ７≦３ｍｍ、好適には
Ｌ１≦１ｍｍ、Ｌ３≦１．５ｍｍ、Ｌ５≦１．５ｍｍおよびＬ７≦２．５ｍｍ
が当てはまる。
【００５１】
有利には、第２の区分Ａ３の、長手方向軸線Ｍに沿って延びる長さＬ３と、第２の区分Ａ３の直径Ｄ３との商Ｌ３／Ｄ３が、０．６〜１．７、好適には０．６５〜１．５５である。
【００５２】
有利には、第４の区分Ａ７の最大の直径Ｄ７が、第１の区分Ａ１の最大の直径Ｄ１および／またはノズル開口の、該ノズル開口の前端部に直接に位置する最大の直径Ｄ１と、最小で同一の大きさであり、かつ最大で該直径Ｄ１の２倍の大きさである。
【００５３】
有利には、第１の区分Ａ１の内面により形成される容積Ｖ１０が、第２の区分Ａ３の内面により形成される容積Ｖ３０よりも大きく、好適には最小で１．３倍大きく、かつ／または最大で２．５倍大きく、さらに好適には最大で２．２倍大きい。
【００５４】
有利には、第１の区分Ａ１から第２の区分Ａ３への移行部において、第２の区分Ａ３の直径Ｄ３が、第１の区分Ａ１の直径Ｄ２および／または最小の直径Ｄ２よりも最小で０．２ｍｍ小さく、かつ／または最大で０．６ｍｍ小さい。
【００５５】
有利には、請求項２２に記載のアセンブリでは、ノズルの外面２３と、ノズル保護キャップ６の内面６２との間に、ノズルキャップ５が配置されている。
【００５６】
有利には、ノズル保護キャップ６の開口６４が、ノズル２の横断面積Ａ１０よりも大きな横断面積Ａ６０、好適にはノズル２の、ノズル保護キャップ６に向かって延長された仮想の接続ラインＶ１により投影される仮想の面積Ａ７０と同一の大きさであるかまたは該仮想の面積Ａ７０よりも大きな横断面積Ａ６０を有しているか、またはノズル２の直径Ｄ１よりも大きな直径Ｄ６、好適にはノズル２の、ノズル保護キャップ６に向かって延長された仮想の接続ラインＶ１により投影される仮想の面積Ａ７０の直径Ｄ７０と同一の大きさであるかまたは該直径Ｄ７０よりも大きな直径Ｄ６を有している、かつ／またはノズル保護キャップ６の開口６４が、ノズル２の横断面積Ａ１０よりも大きな横断面積Ａ６０、好適にはノズル２の、ノズル保護キャップ６に向かって延長された仮想の接続ラインＶ２により投影される仮想の面積Ａ８０と同一の大きさであるかまたは該面積Ａ８０よりも大きな横断面積Ａ６０を有しているか、またはノズル２の直径Ｄ１よりも大きな直径Ｄ６、好適にはノズル２の、ノズル保護キャップ６に向かって延長された仮想の接続ラインＶ２により投影される仮想の面積Ａ８０の直径Ｄ８０と同一の大きさであるかまたは該直径Ｄ８０よりも大きな直径Ｄ６を有している。
【００５７】
有利には、ノズルの第１の区分Ａ１の長さＬ１および／または第２の区分Ａ３の長さＬ３および／または長さＬ１と長さＬ３との合計が、ノズルの前端部の外面２３と、ノズル保護キャップの内面６２との間の最短の間隔Ｌ６１の長さよりも大きい。
【００５８】
有利には、ノズルまたはノズルキャップが、ノズル保護キャップから、開口を含むガスガイド部によって互いに電気絶縁されて配置されている。
【００５９】
有利には、ガスガイド部の開口が、長手方向軸線Ｍに対して半径方向に、または長手方向軸線Ｍの半径方向線に対してずらされてまたは傾斜して、または長手方向軸線Ｍに対して平行に、または長手方向軸線Ｍに対して傾斜して配置されている。
【００６０】
請求項２８に記載されたアセンブリの特別な実施形態では、このアセンブリが、電極を含み、該電極が、電極ホルダと、該電極の前端部に設けられた放射インサートとを含み、該放射インサートが、長手方向軸線Ｍに沿ってノズル開口に整合して延びていて、電極の前端部が、ノズルの内室内に配置されていて、電極の前端部の外面と、ノズル開口の区分Ａ３との間の間隔Ｌ１３が、第１の区分Ａ１の長さＬ１および／または第２の区分Ａ３の長さＬ３および／またはノズルの第１の区分Ａ１の長さＬ１と第２の区分Ａ３の長さＬ３との合計よりも最小で１．５倍大きい。
【００６１】
有利には、ノズルと電極とが、開口を含むガスガイド部により互いに電気絶縁されて離間して配置されている。
【００６２】
特に、ガスガイド部は、開口を含んでいてよい。
【００６３】
特に、開口が、長手方向軸線Ｍに対して半径方向に、または長手方向軸線Ｍの半径方向線に対してずらされてまたは傾斜して、または長手方向軸線Ｍに対して平行に、または長手方向軸線Ｍに対して傾斜して配置されていることが規定されていてよい。
【００６４】
有利には、電極が、電極ホルダと、放射インサートとを含んでいて、該放射インサートが、電極の前端部において電極ホルダから突出していない。
【００６５】
方法においては、酸化性ガス、非酸化性ガスおよび／または還元ガスまたはガス混合物をプラズマガスおよび／または二次ガスとして使用することが規定されていてよい。
【００６６】
本発明は、ノズルの新規の幾何学形状が、重要な周波数領域において、音圧の最良の低減（１５ｄＢ（Ａ）までのサイズオーダにおける、つまりたとえば１０５〜１１０ｄＢ（Ａ）から９０〜９５ｄＢ（Ａ）までの低減）をもたらすという意想外の知識に基づいている。この原因は、従来の知識によれば、ノズルの騒音発生幾何学形状（ノズル通路出口に設けられた流れ剥離エッジ）の移動であるように思われる。騒音は、おそらく、ノズルからの流出時のアークおよび／またはガスの連続的な膨張により形成され、その際に発生する周波数は、プラズマアークのための剥離エッジとして作用する、ノズルの本体エッジ（２０３）における流出速度に強く依存している。本体エッジはいまやノズルの内部に配置されているので、プラズマアークおよび／またはガスジェットの膨張により発生する音波は、一方では破断され、さらに加えられているプラズマにより減衰される。プラズマジェットの流出速度も、たとえばノズルの前端部に設けられた特別な凹部のような特許請求された幾何学形状によって、ほぼ同一の切断品質のままで著しく小さな騒音が生じるように、変更されていてよい。同時に、意想外にも、ノズルの寿命の延長が達成される。これは、ノズル通路出口からノズル開口内への剥離エッジの移動により、かつこれに関連する、最小のノズル通路直径もしくはノズル開口直径を備えた区分の短縮により達成されると推測される。したがって、高温のプラズマジェットは、単に比較的短い区分にわたってのみノズル開口の内面と接触している。さらに，いわゆる剥離エッジが、外部の影響による損傷、たとえば切断すべき材料内への差込み時の金属の跳ね上がりからより良好に保護されている。
【００６７】
本発明の別の特徴および利点は、添付の請求項および概略的な図面を用いた実施例の以下の説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の特別な実施形態によるノズルの前端部の断面図と、断面詳細図（上）である。
【図２】本発明の特別な実施形態によるノズルの前端部の断面詳細図である（角度β＝１２０°）。
【図３】本発明の特別な実施形態によるノズルの前端部の断面詳細図である（角度β＝６０°）。
【図４】本発明の特別な実施形態によるノズルの前端部の断面詳細図である（区分Ａ１は凹状に先細りしている。α１＝３２°）。
【図５】本発明の特別な実施形態によるノズルの前端部の断面詳細図である（区分Ａ１は凸状に先細りしている。α１＝３２°）。
【図５．１】本発明の特別な実施形態によるノズルの前端部の断面詳細図である（区分Ａ１は凸状に先細りしている。α１＝３２°）。
【図６】本発明の特別な実施形態によるノズルの前端部の断面詳細図である（区分Ａ１は段階的に先細りしている。α１＝３２°）。
【図７】本発明の特別な実施形態によるノズルの前端部の断面詳細図である（区分Ａ３は円錐状に拡開している。γ＝５°）。
【図７．１】本発明の特別な実施形態によるノズルの前端部の断面詳細図である（区分Ａ３は凹状に拡開している。γ１＝５°）。
【図７．２】本発明の特別な実施形態によるノズルの前端部の断面詳細図である（区分Ａ３は凸状に拡開している。γ１＝５°）。
【図８】本発明の特別な実施形態によるノズルの前端部の断面詳細図である（区分Ａ３は円錐状に先細りしている。γ＝１７５°）。
【図８．１】本発明の特別な実施形態によるノズルの前端部の断面詳細図である（区分Ａ３は凸状に先細りしている。γ＝１７５°）。
【図８．２】本発明の特別な実施形態によるノズルの前端部の断面詳細図である（区分Ａ３は凹状に先細りしている。γ＝１７５°）。
【図９】本発明の特別な実施形態によるノズルの前端部の断面詳細図である（区分Ａ５は円錐状に拡開している。δ＝８０°）。
【図９．１】本発明の特別な実施形態によるノズルの前端部の断面詳細図である（区分Ａ５は凹状に拡開している。δ１＝４５°）。
【図９．２】本発明の特別な実施形態によるノズルの前端部の断面詳細図である（区分Ａ５は凸状に拡開している。δ１＝４５°）。
【図９．３】本発明の特別な実施形態によるノズルの前端部の断面詳細図である（区分Ａ５は凹状に拡開している。δ１＝４５°）。
【図１０】本発明の特別な実施形態によるノズルの前端部の断面詳細図である（区分Ａ７は円錐状に拡開している。ε＝５°）。
【図１１】本発明の特別な実施形態によるノズルの前端部の断面詳細図である（区分Ａ７は円錐状に先細りしている。ε＝１７５°）。
【図１２】面積Ａ１０および面積Ａ２０を明瞭にするための、本発明の特別な実施形態によるノズルの前端部の例示的な断面詳細図および拡大断面詳細図（下側）である。
【図１３】面積Ａ３０および面積Ａ３１を明瞭にするための、本発明の特別な実施形態によるノズルの前端部の例示的な拡大断面詳細図である。
【図１３ａ】面積Ａ３０および面積Ａ３１を明瞭にするための、本発明の特別な実施形態によるノズルの前端部の例示的な拡大断面詳細図である。
【図１４】容積Ｖ１０を明瞭にするための、本発明の特別な実施形態によるノズルの前端部の例示的な拡大断面詳細図である。
【図１５】容積Ｖ３０を明瞭にするための、本発明の特別な実施形態によるノズルの前端部２２の例示的な拡大した断面詳細図である。
【図１６】本発明の特別な実施形態によるプラズマトーチヘッドの断面図である。
【図１７】本発明の特別な実施形態による、ノズル、ノズルキャップ、ノズル保護キャップおよびガスガイド部から成るアセンブリの断面図である。
【図１７ａ】投影される円形面積Ａ７０を明瞭にするための、ノズルおよびノズル保護キャップから成るアセンブリの拡大詳細図である。
【図１８】本発明の特別な実施形態による、ノズル、ノズル保護キャップおよびガスガイド部から成るアセンブリの断面図である。
【図１８ａ】投影される円形面積Ａ８０を明瞭にするための、ノズルおよびノズル保護キャップから成るアセンブリの拡大詳細図である。
【図１９】本発明の特別な実施形態による、ノズル、電極およびガスガイド部から成るアセンブリの断面図である。
【図２０】二次ガス用のガスガイド部を例示的に示す図である。
【図２１】プラズマガス用のガスガイド部を例示的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
プラズマアークトーチ用の、図１において断面図（上側）および断面詳細図（下側）において示されたノズル２は、全長Ｌ２０、内面２１および外面２３、前端部２２および後端部２８ならびに前端部２２に設けられたノズル開口２４を備えた、長手方向軸線Ｍに沿って延びる本体２０を含んでいる。さらに本体２０は、前端部２２において溝２３８を有している。この溝２３８内には、ノズル２がプラズマアークトーチ内に組み込まれている場合に、ノズル２とノズルキャップ５との間の室（図１６を参照）をシールするための円形リング２４０（図１６を参照）が位置する。
【００７０】
ノズル２の本体２０の内面２１は、前端部２２（ノズル開口２４）から、長手方向軸線Ｍに沿って延びる第１の区分Ａ１を有している。この第１の区分Ａ１は、まず、たとえば１．０ｍｍである長さＬ１にわたって、その内面２１１と長手方向軸線Ｍとの間の、ここでは約１９°である角度αで円錐状に先細りする。次いでノズル２の本体２０の内面２１は、長手方向軸線Ｍの方向の突出部を有している。この突出部は、その内面２１３と長手方向軸線Ｍとの間で、ここではたとえば９０°である角度βを形成している。ノズル開口２４は、直接に前端部２２において、ここではたとえば１．９ｍｍである直径Ｄ１を有していて、第１の区分Ａ１の内面２１１の円錐状の領域の端部において、ここではたとえば１．２ｍｍである直径Ｄ２を有している。次いで、ここでは０．１ｍｍである突出部によって、ノズル開口２４の直径は、ここではたとえば１．０ｍｍである直径Ｄ３に減じられる。
【００７１】
第１の区分Ａ１には、直径Ｄ３およびたとえば１．０ｍｍである長さＬ３を備えた第２の区分Ａ３が直接に接続する。この第２の区分Ａ３は、円筒状の内面２２０を有している。この第２の区分Ａ３には、第３の区分Ａ５が接続する。第３の区分Ａ５の内面２２４は、その内面２２４と長手方向軸線Ｍとの間の、ここではたとえば４５°である角度δで、直径Ｄ３から、ここではたとえば２．８ｍｍである直径Ｄ７へと拡開する。この第３の区分Ａ５は、長手方向軸線Ｍに沿って、ここではたとえば０．９ｍｍである長さＬ５にわたって延びている。この第３の区分Ａ５には、直径Ｄ７を有する第４の区分Ａ７が接続する。この第４の区分Ａ７は、たとえば１．２ｍｍの長さＬ７を備えた円筒状の内面２２７を有している。この第４の区分Ａ７には、円錐状に拡開する別の領域が接続する。
【００７２】
Ｄ１＝１．９ｍｍおよびＤ３＝１．０ｍｍでは、直径Ｄ１は、直径Ｄ３の１．９倍である。直径Ｄ１は、直径Ｄ３よりも０．９ｍｍ大きい。
【００７３】
図１２に図示されている、ノズル開口２４の前端部２２において直接に第１の区分Ａ１の直径Ｄ１によって長手方向軸線Ｍに対して垂直方向に形成される面積Ａ１０は、約２．８ｍｍ２であり、
［Ａ１０＝３．１４１／４・Ｄ１２］
により求められる。
【００７４】
図１３に図示されている、ノズル開口２４の第２の区分Ａ３の最小の直径Ｄ３により長手方向軸線Ｍに対して垂直方向に形成される面積Ａ３０は、約０．８ｍｍ２であり、
［Ａ３０＝３．１４１／４・Ｄ３２］
により求められる。
【００７５】
したがって、面積Ａ１０は、面積３０の約３．６倍である。
【００７６】
第１の区分Ａ１の長さＬ１＝１．０ｍｍおよび第２の区分Ａ３の長さＬ３＝１．０ｍｍは、Ｌ１／Ｌ３＝１の比を形成する。第２の区分Ａ３の長さＬ３と直径Ｄ３との商は、同様に１である。さらに、直径Ｄ１＝１．９ｍｍは、直径Ｄ７＝２．８ｍｍよりも小さい。
【００７７】
図１は、さらに、前端部２２において直径Ｄ１を有するノズル開口２４の本体エッジ２０１と、第１の区分Ａ１から、直径Ｄ３を有するノズル開口２４の第２の区分Ａ３への移行部の本体エッジ２０３との間に延びる仮想の接続ラインＶ１を示している。この接続ラインＶ１と、長手方向軸線Ｍにより形成される角度α１は、約２４°である。
【００７８】
第１の区分Ａ１のノズル開口２４の、内面２１１および内面２１３により形成される容積Ｖ１０は、約１．９ｍｍ３であり、
［Ｖ１０＝３．１４１・Ｌ１／３・（（Ｄ１／２）２＋（Ｄ１／２・Ｄ２／２）＋（Ｄ３／２）２］
により算出される。
【００７９】
第２の区分Ａ３のノズル開口２４の、内面２２０により形成される容積Ｖ３０は、約０．８ｍｍ３であり、［Ｖ３０＝３．１４１・（Ｄ３／２）２・Ｌ３］により算出される。したがって、Ｖ１０は、容積Ｖ３０の約１．９倍大きい。
【００８０】
図２は、図１に示したノズルに類似するノズル２の別の実施例の詳細図を示している。このノズル２は、図１に示したノズルとは、その内面２１３と長手方向軸線Ｍとの間で角度β＝１００°を形成する、長手方向軸線Ｍの方向の突出部により、異なっている。
【００８１】
図３は、図１に示したノズルに類似するノズル２の別の実施例の詳細図を示している。このノズル２は、図１に示したノズルとは、その内面２１３と長手方向軸線Ｍとの間で角度β＝６０°を形成する、長手方向軸線Ｍの方向の突出部により、異なっている。
【００８２】
図４は、図１に示したノズルに類似するノズル２の別の実施例の詳細図を示している。このノズル２は、図１に示したノズルとは、第１の区分Ａ１が前端部から凹状に先細りする内面２１１を有していることにより、異なっている。前端部２２において直径Ｄ１を有するノズル開口２４の本体エッジ２０１と、第１の区分Ａ１から直径Ｄ３を有するノズル開口２４の第２の区分Ａ３への移行部における本体エッジ２０３との間に延びる仮想の接続ラインＶ１は、長手方向軸線Ｍと、たとえば約３２°である角度α１を形成する。直径Ｄ１は、ここではたとえば２．４ｍｍであり、直径Ｄ３＝１．４ｍｍであり、したがって直径Ｄ１は、直径Ｄ３の約１．７倍である。
【００８３】
図１２に図示されている、ノズル開口２４の前端部２２において直接に第１の区分Ａ１の直径Ｄ１によって長手方向軸線Ｍに対して垂直方向に形成される面積Ａ１０は、約４．５ｍｍ２であり、
［Ａ１０＝３．１４１／４・Ｄ１２］
により求められる。
【００８４】
図１３に図示されている、ノズル開口２４の第２の区分Ａ３の最小の直径Ｄ３により長手方向軸線Ｍに対して垂直方向に形成される面積Ａ３０は、約１．５ｍｍ２であり、
［Ａ３０＝３．１４１／４・Ｄ３２］
により求められる。
【００８５】
したがって、面積Ａ１０は、面積Ａ３０の約２．９倍である。
【００８６】
長さＬ１は、たとえば０．８ｍｍであり、長さＬ３は、たとえば１．２ｍｍであり、したがって、長さＬ１は、長さＬ３の０．６７倍である。
【００８７】
第２の区分Ａ３の長さＬ３＝１．２ｍｍと直径Ｄ３＝１．４ｍｍとの商は、０．８６である。さらに、直径Ｄ１＝２．４ｍｍは、直径Ｄ７＝３．０ｍｍよりも小さい。
【００８８】
第１の区分Ａ１のノズル開口２４の、内面２１１により形成される容積Ｖ１０は、約２．３ｍｍ３である。第２の区分Ａ３のノズル開口２４の、内面２２０により形成される容積Ｖ３０は、約１．８ｍｍ３である。したがって、容積Ｖ１０は、容積Ｖ３０の約１．３倍大きい。
【００８９】
図５は、図４に示したノズルに類似するノズル２の別の実施例の詳細図を示している。このノズル２は、図１に示したノズルとは、第１の区分Ａ１が、前端部から凸状に先細りする内面２１１を有していることにより、異なっている。前端部２２において直径Ｄ１を有するノズル開口２４の本体エッジ２０１と、第１の区分Ａ１から直径Ｄ３を有するノズル開口２４の第２の区分Ａ３への移行部における本体エッジ２０３との間に延びる仮想の接続ラインＶ１は、長手方向軸線Ｍと、たとえば約３２°の角度α１を形成する。直径Ｄ１は、ここではたとえば２．４ｍｍであり、直径Ｄ３は、１．４ｍｍであり、したがって直径Ｄ１は、直径Ｄ３の約１．７倍である。長さＬ１は、たとえば０．８ｍｍであり、長さＬ３は、たとえば１．２ｍｍであり、したがって長さＬ１は、長さＬ３の約０．６７倍である。
【００９０】
第２の区分Ａ３の長さＬ３＝１．２ｍｍと直径Ｄ３＝１．４ｍｍとの商は、約０．８６である。さらに直径Ｄ１＝２．４ｍｍは、直径Ｄ７＝３．０ｍｍよりも小さい。
【００９１】
面積Ａ１０および面積Ａ３０には、図４の例示的な記載が当てはまる。容積Ｖ１０および容積Ｖ３０の記載にも同様のことが当てはまる。
【００９２】
たとえば凸状の内面２１１が連続的にまたは「流線的」に面２３０に移行していることによって、本体エッジ２０１自体が一義的に確認できない場合、ノズル２の後端部２８から見て、内面２１１に接する接線Ｔと長手方向軸線Ｍとの間で６５°の角度α２が上回られると、その内面の領域が本体エッジであると考えられる。したがって仮想の接続ラインＶ１は、この領域と本体エッジ２０３との間で延びている。このことは、図５．１に示されている。
【００９３】
図６は、図４に示したノズルに類似するノズル２の別の実施例を示している。このノズル２は、図４に示したノズルとは、第１の区分Ａ１が、前端部から段階的に先細りした内面２１１を有していることにより、異なっている。前端部２２において直径Ｄ１を有するノズル開口２４の本体エッジ２０１と、第１の区分Ａ１から直径Ｄ３を有するノズル開口２４の第２の区分Ａ３への移行部における本体エッジ２０３との間に延びる仮想の接続ラインＶ１は、長手方向軸線Ｍとたとえば約３２°の角度α１を形成する。直径Ｄ１は、ここではたとえば２．４ｍｍであり、直径Ｄ３＝１．４ｍｍであるので、直径Ｄ１は、直径Ｄ３の１．７倍である。第１の区分Ａ１の長さＬ１＝０．８ｍｍと、第２の区分Ａ３の長さＬ３＝１．２ｍｍとは、Ｌ１／Ｌ３＝０．６７の比を形成する。第２の区分Ａ３の長さＬ３と直径Ｄ３との商は、約０．８６である。直径Ｄ７は、たとえば３．０ｍｍである。したがって、直径Ｄ１＝２．４ｍｍは、直径Ｄ７＝３．０ｍｍよりも小さい。
【００９４】
面積Ａ１０および面積Ａ３０には、図４の例示的な記載が当てはまる。容積Ｖ１０および容積Ｖ３０の記載にも同様のことが当てはまる。
【００９５】
図７は、図１に示したノズルに類似するノズル２の別の実施例の詳細図を示している。サイズは、図１に示したサイズと同一である。単に第２の区分Ａ３が、ノズル２の前端部２２から見てその内面２２０が長手方向軸線Ｍに対してたとえば５°の角度γで拡開するように、構成されている。この拡開は、ここでは円錐状に行われている。したがって、区分Ａ５への移行部における区分Ａ３の直径Ｄ３１は、ノズル開口２４の第１の区分Ａ１から第２の区分Ａ３への移行部における直径Ｄ３よりも大きい。
【００９６】
図７．１は、図７に示したノズルに類似するノズル２の別の実施例の詳細図を示している。サイズは、図７に示したサイズと同一である。単に第２の区分Ａ３が、ノズル２の前端部２２から見て、その内面２２０が凹状に拡開するように、構成されている。第１の区分Ａ１から第２の区分Ａ３への移行部における本体エッジ２０３と、第２の区分Ａ３から第３の区分Ａ５への移行部における本体エッジ２０５との間に延びる仮想の接続ラインＶ３は、長手方向軸線Ｍと、たとえば約５°の角度γ１を形成する。したがって、この実施例では、区分Ａ５への移行部における区分Ａ３の直径Ｄ３１は、ノズル開口２４の第１の区分Ａ１から第２の区分Ａ３への移行部における直径Ｄ３よりも大きい。
【００９７】
図７．２は、図７．１に示したノズルに類似するノズル２の別の実施例の詳細図を示している。サイズは、図７．１に示したサイズと同一である。単に、第２の区分Ａ３が、ノズル２の前端部２２から見て、その内面２２０が凹状ではなく凸状に拡開するように、構成されている。
【００９８】
図８は、図１に示したノズルに類似するノズル２の別の実施例の詳細図を示している。第２の区分Ａ３は、ノズル２の前端部２２から見て、その内面２２０が、長手方向軸線Ｍに対してたとえば１７５°の角度γで先細りするように、構成されている。この先細りは、ここでは円錐状に行われる。したがって、第１の移行部Ａ１から第２の移行部Ａ３への移行部における第２の区分Ａ３の直径Ｄ３２＝１．１７ｍｍは、ノズル開口２４の第２の区分Ａ３から第３の区分Ａ５への移行部における直径Ｄ３＝１ｍｍよりも大きい。直径Ｄ２は、１．４ｍｍであり、直径Ｄ１＝２．１ｍｍである。角度αは、１９°であり、角度α１は、２１°である。
【００９９】
図８．１は、図８に示したノズルに類似するノズル２の別の実施例の詳細図を示している。しかし、第２の区分Ａ３は、ノズル２の前端部２２から見て、その内面２２０が凸状に先細りするように、構成されている。第１の区分Ａ１から第２の区分Ａ３への移行部における本体エッジ２０３と、第２の区分Ａ３から第３の区分Ａ５への移行部における本体エッジ２０５との間に延びる仮想の接続ラインＶ３は、長手方向軸線Ｍと、たとえば約１７５°の角度γ１を形成する。したがって、第１の区分Ａ１から第２の区分Ａ３への移行部における第２の区分Ａ３の直径Ｄ３２＝１．１７ｍｍは、ノズル開口２４の第２の区分Ａ３から第３の区分Ａ５への移行部における直径Ｄ３＝１ｍｍよりも大きい。直径Ｄ２は、１．４ｍｍであり、直径Ｄ１＝２．１ｍｍである。角度αは、この実施例では１９°であり、角度α１は、この実施例では２１°である。
【０１００】
図８．２は、図８．１に示したノズルに類似するノズル２の別の実施例の詳細図を示している。しかし、第２の区分Ａ３は、ノズル２の前端部２２から見て、その内面２２０が凸状ではなく、凹状に先細りするように、構成されている。
【０１０１】
図９は、図１に示したノズルに類似するノズル２の別の実施例の詳細図を示している。サイズは、図１に示したサイズと同一である。第３の区分Ａ５は、その表面２２４と、長手方向軸線Ｍとの間でたとえば８０°の角度δを有していて、拡開している。しかし、このノズルは、その外側輪郭が別の実施例の外側輪郭とは異なるノズルである。このノズルは、たとえばノズル用の液体冷却を有しないプラズマトーチ、レーザヘッドまたはプラズマレーザヘッドにおける使用のために適している。この実施例では、ノズルは、円形リングを収容するための溝２３８を有していない。対応するアセンブリは、図１８に示されている。
【０１０２】
図９．１は、図９に示したノズルに類似するノズル２の別の実施例の詳細図を示している。サイズは、図９に示したサイズと同一である。単に第３の区分Ａ５が、ノズル２の前端部から見て、その内面２２４が凹状に拡開するように、構成されている。第２の区分Ａ３から第３の区分Ａ５への移行部における本体エッジ２０５（この場合、「内側コーナ」または「本体内側エッジ」と呼ぶことができる）と、第３の区分Ａ５から第４の区分Ａ７への移行部における本体エッジ２０６（この場合、「内側コーナ」または「本体内側エッジ」とも呼ぶことができる）との間に延びる仮想の接続ラインＶ４は、長手方向軸線Ｍと、たとえば約４５°の角度δ１を形成する。
【０１０３】
たとえば凹状の内面が連続的または「流線的」に内面２２７に移行していることによって、本体エッジ２０６自体が一義的に確認できない場合、ノズルの前端部２２から見て、内面２２４に接する接線Ｔと長手方向軸線Ｍとの間で２０°の角度δ２が下回られると、その内面の領域２０６が本体エッジ２０６であると考えられる。このことは図９．３に示されている。
【０１０４】
図９．２は、図９に示したノズルに類似するノズル２の別の実施例の詳細図を示している。サイズは、図９に示したサイズと同一である。単に第３の区分Ａ５が、ノズル２の前端部２２から見て、その内面２２４が凸状に拡開するように、構成されている。第２の区分Ａ３から第３の区分Ａ５への移行部における本体エッジ２０５と、第３の区分Ａ５から第４の区分Ａ７への移行部における本体エッジ２０６との間に延びる仮想の接続ラインＶ４は、長手方向軸線Ｍと、たとえば約４５°の角度δ１を形成する。
【０１０５】
たとえば凹状の内面２２４が連続的または「流線的」に面２２７に移行していることによって、本体エッジ２０６自体が一義的に確認できない場合、ノズル２の前端部２２から見て、内面２２４に接する接線Ｔと長手方向軸線Ｍとの間で２０°の角度δ２が下回られると、その内面の領域が、本体エッジ２０６であると考えられる。仮想の接続ラインＶ４は、この領域２０６と本体エッジ２０５との間に延びている。このことは、凹状に拡開する第３の区分Ａ５を示す図９．３に示されている。
【０１０６】
図１０は、図１に示したノズルに類似するノズル２の別の実施例の詳細図を示している。サイズは、図１に示したサイズと同一である。第４の区分Ａ７は、その内側の表面２２７と長手方向軸線Ｍとの間で、たとえば５°の角度εを有していて、拡開している。
【０１０７】
図１１は、図１に示したノズルに類似するノズル２の別の実施例の詳細図を示している。サイズは、図１に示したサイズと同一である。第４の区分Ａ７は、その内側の表面２２７と長手方向軸線Ｍとの間で、たとえば１７５°の角度εを有していて、先細りしている。
【０１０８】
それぞれの区分Ａ１，Ａ３，Ａ５およびＡ７の間で移行部においてたとえば０．１ｍｍの大きさのＲ部が配置されていてよい。
【０１０９】
図１２、図１３および図１３ａは、ノズル開口２４の、直径Ｄ１，Ｄ２およびＤ３により長手方向軸線Ｍに対して垂直方向に形成される面積Ａ１０，Ａ２０，Ａ３０およびＡ３１を示している。図１〜図１１の実施例では、面積Ａ１０は面積Ａ３０の最小で１．７倍大きく、有利には最小で２．１倍大きい。さらに面積Ａ１０は、面積Ａ３０よりも最大で４倍大きく、有利には最大で３．７倍大きい。
【０１１０】
図１４は、第１の区分Ａ１のノズル開口２４の、内面２１１および内面２１３により取り囲まれる容積Ｖ１０を示し、図１５は、第２の区分Ａ３のノズル開口２４の、内面２２０により取り囲まれる容積Ｖ３０を示している。これらの実施例では、容積Ｖ１０は容積Ｖ３０よりも大きく、有利には最小で１．３倍大きく、かつ／または最大で２．５倍大きく、有利には最大で２．２倍大きい。
【０１１１】
図１６は、プラズマトーチの構成部材であってよいプラズマトーチヘッド１の断面図を示している。
【０１１２】
プラズマトーチヘッド１は、トーチ本体８、電極３、本発明に係るノズル２、ノズルキャップ５、ノズル２を収容するノズルホルダ８１およびノズル２をノズルホルダ８１内に位置固定するノズル保護キャップ６を有している。
【０１１３】
図１６では、例示的に図１に示したノズル２が使用されている。
【０１１４】
電極３の前端部３３は、ノズル２の内室に突入している。さらに、電極３とノズル２との間には、プラズマガスまたはプロセスガスＰＧ用のガスガイド部４が位置している。ガスガイド部４は、プラズマガスまたはプロセスガスを導き、ここではたとえば半径方向で電極３とノズル２との間の内室内にガイドする開口４１を有している。半径方向線に対するずれにより、プラズマガスまたはプロセスガスＰＧを回転させることができる。ガスガイド部４は、電極３およびノズル２を互いに電気絶縁する。電極３は、内部で液体冷却されていてよいが、これはこの図面には図示されていない。冷却媒体（ＷＶ−送り流、ＷＲ−戻し流）は、ノズル２とノズルキャップ５との間の室５１内を流れ、ノズル２およびノズルキャップ５を冷却する。
【０１１５】
ノズルの前端部２２は、ノズル保護キャップ６により少なくとも部分的に覆われている。ノズル保護キャップ６は、ノズル開口２４に長手方向軸線Ｍ上で整合する開口６４を有している。ノズルキャップ５と、ノズル２の前端部２２と、ノズル保護キャップ６との間には、二次ガスＳＧのためのガスガイド部７が位置している。ガスガイド部７は、二次ガスＳＧを導き、ここではたとえば半径方向で、ノズルキャップ５と、ノズル２の前端部２２と、ノズル保護キャップ６との間の内室６１内にガイドする開口７１を有している。半径方向線に対するずれにより、プラズマガスおよびプロセスガスＰＧは回転させられる。ガスガイド部７は、ノズルキャップ５とノズル保護キャップ６とを互いに電気的に絶縁している。
【０１１６】
プラズマガスまたはプロセスガスＰＧは、アークによるプラズマ切断時にイオン化され、最終的にノズル開口２４と、ノズル保護キャップの開口６４から流出する。
【０１１７】
図１７および図１７ａにはそれぞれ、図１６に示したプラズマトーチヘッドの構成部材である、本発明の特別な実施形態によるアセンブリの断面詳細図が示されている。しかし、このアセンブリは、同様にレーザ切断ヘッドまたはプラズマレーザ切断ヘッドの構成部材であってもよい。特許請求されているアセンブリは、ノズル２およびノズル保護キャップ６を含んでいる。さらに、ノズルキャップ５およびガスガイド部７が示されている。
【０１１８】
ノズル２の前端部は、ノズル保護キャップ６により少なくとも部分的に覆われている。ノズル保護キャップ６は、ノズル開口２４に長手方向軸線Ｍ上で整合する開口６４を有している。ノズルキャップ５と、ノズル２の前端部２２と、ノズル保護キャップ６との間には、二次ガスＳＧのためのガスガイド部７が位置している。ガスガイド部７は、二次ガスＳＧを導き、ここではたとえば半径方向で、ノズルキャップ５と、ノズル２の前端部２２と、ノズル保護キャップ６との間の内室６１内にガイドする開口７１を有している。半径方向線に対するずれにより、プラズマガスおよびプロセスガスＰＧは回転させられる。ガスガイド部７は、ノズルキャップ５とノズル保護キャップ６とを互いに電気的に絶縁している。
【０１１９】
ノズル２は、たとえば図１によれば、直径Ｄ１＝１．９ｍｍおよび直径Ｄ３＝１．０ｍｍを有している。ノズル保護キャップ６は、３．０ｍｍの最小の直径Ｄ６を有する開口６４を有している。直径Ｄ６は、直径Ｄ１および直径Ｄ３よりも大きい。直径Ｄ６により長手方向軸線に対して垂直方向に形成される面積Ａ６０は、直径Ｄ１により形成される面積Ａ１０および直径Ｄ３により形成される面積Ａ３０よりも大きい。
【０１２０】
ノズル２の角度αは、この実施例では１９°であり、ノズル２の角度α１は、この実施例では２４°である。前方から見て円錐状に先細りする内面２１１をノズルの前端部２２の方向に、つまりノズル２から出るように仮想的に延長すると、この内面２１１は仮想のラインＶ２を形成する。この仮想のラインＶ２は、直径Ｄ６を有する開口６４により形成される、ノズル保護キャップ６の本体エッジ６５に接触しない。同様のことは、前端部２２におけるノズル開口２４の本体エッジ２０１と、第１の区分Ａ１から第２の区分Ａ３への移行部における本体エッジ２０３との間の、延長された仮想の接続ラインＶ１にも当てはまる。
【０１２１】
ノズル保護キャップ６の開口６４の面積Ａ６０および直径Ｄ６は、ノズル２の、ノズル保護キャップ６に向かって延長された仮想の接続ラインＶ１およびＶ２により投影される仮想の面積Ａ７０およびＡ８０または直径よりも大きい。
【０１２２】
さらに、ノズル２の前端部２２の外面と、ノズル保護キャップ６の内面との間の最短の間隔の長さＬ６１は、たとえば０．７ｍｍであり、したがってノズル２の第１の区分Ａ１の長さＬ１＝１．０ｍｍおよび第２の区分Ａ３の長さＬ３＝１．０ｍｍよりも小さく、２ｍｍであるＬ１とＬ３との合計よりも小さい。
【０１２３】
図１８および図１８ａには、本発明の特別な実施形態によるアセンブリの断面詳細図が示されている。この特許請求されたアセンブリは、図９に示したノズル２と、ノズル保護キャップ６とを含んでいる。さらに、ガスガイド部７が示されている。このアセンブリは、プラズマトーチヘッド、レーザ切断ヘッドまたはプラズマレーザ切断ヘッドの構成部材であってよい。
【０１２４】
図１７とは異なり、ノズル２は、ノズルキャップにより取り囲まれていない。ノズル２は、直径Ｄ１＝１．９ｍｍおよびＤ３＝１．０ｍｍを有している。ノズル保護キャップ６は、３．０ｍｍの最小の直径Ｄ６を有する開口６４を有している。直径Ｄ６は、ノズル２の直径Ｄ１および直径Ｄ３よりも大きい。直径Ｄ６により長手方向軸線に対して垂直方向に形成される面積Ａ６０は、直径Ｄ１により形成される面積Ａ１０および直径Ｄ３により形成される面積Ａ３０よりも大きい。
【０１２５】
ノズルの前端部２２は、ノズル保護キャップ６により少なくとも部分的に覆われている。ノズル保護キャップ６は、ノズル開口２４に長手方向軸線Ｍ上で整合する開口６４を有している。ノズル２とノズル保護キャップ６との間には、二次ガスＳＧのためのガスガイド部７が位置している。ガスガイド部７は、二次ガスＳＧを導き、ここではたとえば半径方向で、ノズル２と、ノズル保護キャップ６との間の内室６１内にガイドする開口７１を有している。半径方向線に対するずれにより、プラズマガスＰＧは回転させられる（図２１を参照）。ガスガイド部７は、ノズル２とノズル保護キャップ６とを互いに電気的に絶縁している。
【０１２６】
ノズル２の角度αは、この実施例では１９°であり、ノズル２の角度α１は、この実施例では２４°である。仮想的に、前方から見て円錐状に先細りする内面をノズル２の前端部２２の方向に、つまりノズル２から出るように延長すると、この内面は、仮想のラインＶ２を形成する。この仮想のラインＶ２は、直径Ｄ６を有する開口６４により形成される、ノズル保護キャップ６の本体エッジ６５に接触しない。同様のことは、前端部２２におけるノズル開口２４の本体エッジ２０１と、第１の区分Ａ１から第２の区分Ａ３への移行部における本体エッジ２０３の間の延長された仮想の接続ラインＶ１にも当てはまる。
【０１２７】
ノズル保護キャップ６の開口６４の面積Ａ６０および直径Ｄ６は、ノズル２の、ノズル保護キャップ６に向かって延長された仮想の接続ラインＶ１およびＶ２により投影される仮想の面積Ａ７０およびＡ８０または直径よりも大きい。
【０１２８】
さらに、ノズル２の前端部２２の外面と、ノズル保護キャップ６の内面との間の最短の間隔の長さＬ６１は、たとえば０．７ｍｍであり、したがってノズル２の第１の区分Ａ１の長さＬ１＝１．０ｍｍおよび第２の区分Ａ３の長さＬ３＝１．０ｍｍよりも小さく、２ｍｍであるＬ１とＬ３との合計よりも小さい。
【０１２９】
図１９には、図１６に示したプラズマトーチヘッドの構成部材である、本発明の特別な実施形態によるアセンブリの断面詳細図が示されている。特許請求されたアセンブリは、本発明の特別な実施形態によるノズル２と、電極３とを含んでいる。さらに、ガスガイド部４が示されている。
【０１３０】
電極３の前端部３３は、ノズル２の内室に突入している。さらに、電極３とノズル２との間には、プラズマガスＰＧのためのガスガイド部４が位置している。ガスガイド部４は、プラズマガスを導き、ここではたとえば半径方向で電極３とノズル２との間の内室内にガイドする開口４１を有している。半径方向線に対するずれにより、プラズマガスＰＧを回転させることができる。ガスガイド部４は、電極３とノズル２とを互いに電気的に絶縁している。電極３の前端部３３と、ノズル２のノズル開口２４の第３の区分Ａ５から第２の区分Ａ３への移行部との間の間隔Ｌ１３は、６ｍｍの長さであり、第１の区分Ａ１の長さＬ１と、第２の区分Ａ３の長さＬ３とは、それぞれ１ｍｍである。したがって、長さＬ１と長さＬ３との合計は、２ｍｍである。したがって、Ｌ１，Ｌ３も、Ｌ１とＬ３との合計も、間隔Ｌ１３の長さよりも短い。
【０１３１】
図２０には、例示的に二次ガスＳＧのためのガスガイド部７が示されている。中央の断面図からは、開口７１が、長手方向軸線Ｍに対する半径方向線に対してずらされて配置されていることが明らかである。したがって、開口７１を通って流れるガスは、回転させられる。しかし回転は、開口の別の空間的な配向によって、たとえば長手方向軸線Ｍに対する傾斜によっても形成することができる。
【０１３２】
図２１には、例示的にプラズマガスまたはプロセスガス用のガスガイド部４が示されている。中央の断面図から、開口４１が、長手方向軸線Ｍに対する半径方向線に対してずらされて配置されていることが判る。したがって、開口４１を通って流れるガスは、回転させられる。しかし回転は、開口の別の空間的な配向によって、たとえば長手方向軸線Ｍに対する傾斜によっても形成することができる。
【０１３３】
上述の説明は、プラズマ切断用もしくはプラズマトーチヘッド用のノズルに合わせたものである。プラズマトーチヘッドは、プラズマトーチ切断ヘッドであってよい。しかし説明は、同様の形式で、レーザ切断用もしくはレーザ切断ヘッド用のノズルならびにプラズマレーザ切断用もしくはプラズマレーザ切断ヘッド用のノズルにも当てはまる。
【０１３４】
上述の説明、図面ならびに請求項において開示される本発明の特徴は、単独でも任意の組み合わせにおいても、種々異なる実施形態で本発明を実現するために重要であり得る。
【符号の説明】
【０１３５】
１    プラズマトーチ、プラズマトーチヘッド、プラズマトーチ切断ヘッド、プラズマレーザ切断ヘッド
２    ノズル
３    電極
４    プラズマガス；プロセスガスのガスガイド部
５    ノズルキャップ
６    ノズル保護キャップ
７    二次ガスのガスガイド部
８    トーチ本体
２０    本体
２１    内面
２２    前端部
２３    外面
２４    ノズル開口
２５    ノズルの内室
２８    後端部
３１    電極３の放射インサート
３２    電極ホルダ
３３    電極の前端部
３４    電極の外面
４１    プラズマガス用のガスガイド部４の開口
５１    ノズル２とノズルキャップ５との間の室
５５    ノズル保護キャップホルダ
６１    ノズル保護キャップ６とノズルキャップ５とノズル２との間の内室
６２    ノズル保護キャップの内面
６４    ノズル保護キャップの開口
６５    ノズル保護キャップの開口の本体エッジ
７１    二次ガス用のガスガイド部７の開口
８１    ノズルホルダ
２０１    ノズル開口２４の前端部２２におけるノズル開口の本体エッジ
２０３    区分Ａ１から区分Ａ３への移行部におけるノズル開口２４の前端部２２におけるノズル開口の本体エッジ
２０４    内面２１１と内面２１３との間の本体エッジ
２０５    内面２２０と内面２２４との間の本体エッジ
２０６    内面２２４と内面２２７との間の本体エッジ
２１１    第１の区分Ａ１の内面
２１３    第１の区分Ａ１の別の内面
２２０    第２の区分Ａ３の内面
２２４    第３の区分Ａ５の内面
２２７    第４の区分Ａ７の内面
２３０    ノズルの前端部２２における面
２３８    溝
２４０    円形リング
Ａ１    第１の区分
Ａ３    第２の区分
Ａ５    第３の区分
Ａ７    第４の区分
Ａ１０    Ｄ１での前端部２２におけるノズル開口の面積
Ａ２０    Ｄ２での第１の区分におけるノズル開口の別の面積
Ａ３０    Ｄ３での第２の区分Ａ３における最小のノズル開口の面積
Ａ３１    第２の区分におけるノズル開口の面積
Ａ６０    ノズルキャップの開口６４の面積
Ａ７０    面積Ａ６０の平面上に接続ラインＶ１により投影される仮想の面積
Ａ８０    面積Ａ６０の平面上に接続ラインＶ２により投影される仮想の面積
Ｄ１    前端部における第１の区分Ａ１のノズル開口の直径
Ｄ２    第１の区分Ａ１におけるノズル開口の別の直径
Ｄ３    第２の区分におけるノズル開口の直径（γ＝０°もしくは１８０°）
Ｄ３１    第２の区分におけるノズル開口の別の直径（γ＞０°〜８°）
Ｄ３２    第２の区分におけるノズル開口の別の直径（γ＜１８０°〜１７２°）
Ｄ６    ノズル保護キャップの開口６４の直径
Ｄ７    区分Ａ７における直径
Ｄ７０    投影される仮想の面積Ａ７０の直径
Ｄ８０    投影される仮想の面積Ａ８０の直径
Ｌ１    第１の区分Ａ１の長さ
Ｌ３    第２の区分Ａ３の長さ
Ｌ５    第３の区分Ａ５の長さ
Ｌ７    第４の区分Ａ７の長さ
Ｌ１３    電極３の前端部３３との間の間隔
Ｌ６１    ノズル２の前端部２２の外面と、ノズル保護キャップ６の内面６２との間の間隔
Ｌ２０    ノズルの全長
Ｍ    長手方向軸線
ＰＧ    プラズマガスまたはプロセスガス
ＳＧ    二次ガス
Ｔ    接線
Ｖ１    本体エッジ２０１と２０３との間の仮想の接続ライン
Ｖ２    本体エッジ２０１と２０４との間の仮想の接続ライン
Ｖ３    本体エッジ２０３と２０５との間の仮想の接続ライン
Ｖ４    本体エッジ２０５と２０６との間の仮想の接続ライン
Ｖ１０    ノズル開口２４の第１の区分Ａ１の容積
Ｖ３０    ノズル開口２４の第２の区分Ａ３の容積
ＷＲ    冷却材戻し流
ＷＶ    冷却材送り流
α    長手方向軸線Ｍと仮想の接続ラインＶ２または第１の区分Ａ１の内面２１１との間の角度
α１    長手方向軸線Ｍと、第１の区分Ａ１の仮想の接続ラインＶ１の間の角度
α２    長手方向軸線Ｍと接線Ｔとの間の角度
β    長手方向軸線Ｍと、第１の区分Ａ１の内面２１３との間の角度
γ    長手方向軸線Ｍと、第２の区分Ａ３の内面２２０との間の角度
γ１    長手方向軸線Ｍと、第２の区分Ａ３の仮想の接続ラインＶ３との間の角度
δ    長手方向軸線Ｍと、第３の区分Ａ５の内面２２４との間の角度
δ１    長手方向軸線Ｍと、第３の区分Ａ５の仮想の接続ラインＶ４との間の角度
ε    長手方向軸線Ｍと、第４の区分Ａ７の内面２２７との間の角度
【図１】
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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５．１】
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【図６】
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【図７】
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【図７．１】
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【図７．２】
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【図８】
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【図８．１】
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【図８．２】
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【図９】
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【図９．１】
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【図９．２】
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【図９．３】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１３ａ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１７ａ】
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【図１８】
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【図１８ａ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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