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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft allgemein Plasmaschneidbrenner. Die Erfindung
betrifft insbesondere eine Schutzkappe zum Schutz von Verschleißteilen
eines Plasmaschneidbrenners.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Basiskomponententeile
moderner Plasmaschneidbrenner beinhalten einen Brennerkörper, eine
in dem Körper
angebrachte Elektrode (z. B. eine Kathode), eine Düse (z. B.
eine Anode) mit einer zentralen Öffnung,
die einen Pilotlichtbogen zu der Elektrode zum Auslösen eines
Plasmalichtbogens in einem Strom eines geeigneten Gases (z. B. Stickstoff oder
Sauerstoff) erzeugt, und zugehörige
elektrische Anschlüsse
und Kanäle
für Kühl- und
Lichtbogensteuerfluide.
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Beim
Durchlochen von Metall unter Verwendung eines Plasmaschneidbrenners
ist der Auswurf von geschmolzenem Metall aus der Schnittkerbe zurück auf den
Brenner, der die Düse
zerstören
kann, ein wichtiger Faktor bei der Konstruktion. Diese Zerstörung geschieht
hauptsächlich
auf zwei Weisen. Erstens kann aus der Schnittkerbe ausgeworfenes geschmolzenes
Metall den Plasmastrahl stören
und bewirken, dass er die Düse
beschädigt.
Zweitens kann sich das geschmolzene Metall auf der Stirnfläche der
Düse verfestigen
und dort haften bleiben, was schließlich eine elektrische Überbrückung zwischen
der Düse
und dem Werksstück
bewirkt. Dies führt
zu einer „Doppellichtbogenbildung”, was die
Lebensdauer einer Düse
drastisch verringern kann.
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Es
gibt verschiedene Ansätze
zum Lösen
der Probleme der Beschädigung
und der Doppellichtbogenbildung, die durch den Auswurf von geschmolzenem
Metall verursacht werden. Bei Plasmaschneidbrennern, die hohe Ströme (z. B.
200 Ampere und mehr) verwenden, bestand die Lösung darin, eine mehrteilige
Düse mit
einer Wassereinspritzkühlung zu
verwenden. Bei einer typischen derartigen Düse des von Hypertherm Inc.
hergestellten Typs, die den Hypertherm-Modellen HT400 und PAC500
entspricht, ist die Stirnfläche
der Düse
aus einer Keramik hergestellt. Diese Anordnung regelt die Beschädigung und
die Doppellichtbogenbildung, da (1) die keramische Düsenfläche nicht
leitend ist und daher keine Doppellichtbogenbildung bewirken wird,
und (2) die Düse
durch die keramische Barriere geschützt ist. Ferner hemmen die
ausgezeichneten Kühleigenschaften
des Wassers, das durch Kühlen
des keramischen Düsenstücks und
durch Wasserdampfkühlen des
während
des Durchlochens ausgeworfenen geschmolzenen Metalls arbeitet, das
Verbinden oder Verschmelzen des geschmolzenen Metalls mit dem Keramikelement
bzw. im Extremfall das Angreifen der Keramik durch dasselbe. Eine
Variation der mehrteiligen Düse
zur Verwendung bei hohen Strömen,
die ähnlich
zu der von Hypertherm als das Modell PAC500 verkauften Düse ist,
ist ein keramisches Düsenstück, das
eine radiale Wassereinspritzung enthält, wobei jedoch das keramische
Düsenstück durch
ein Kupferfrontstück
ersetzt ist. Ein Isolierelement trennt die Düsenkomponententeile, so dass
die Front der Düse
elektrisch schwebt. Das Kupfer wird leichter gekühlt als die Keramik und verträgt eine
Beanspruchung deutlich besser, weshalb es eine längere Lebensdauer hat.
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In
manchen Fällen
ist in dem Versuch, die Düse
zu schützen,
an der Außenseite
der Düse
eine keramische Isolierhülle
angebracht. Diese ist eine sogenannte „Schutzglocke”. Ihr Hauptzweck
besteht darin, den Kontakt der Düse
mit dem Werkstück
zu verhindern. Ein Bediener kann mit dem Brenner das Werkstück berühren oder
denselben über
das Werkstück
ziehen, ohne dass ein Doppellichtbogen gebildet wird. Diese keramische
Hülle bietet
jedoch während
des Durchlochens keinen Schutz vor Spritzen von geschmolzenem Metall
und den damit verbundenen Problemen der Beschädigung und der Doppellichtbogenbildung.
Ferner ist die keramische Schutzkappe (1) spröde und bricht leicht und wird
(2) von dem aus dem Schnitt ausgeworfenen geschmolzenen Metall angegriffen,
da sie nicht durch die Wasserkühlung
geschützt
ist.
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Die
Kühlung
von Verschleißteilen
(z. B. der Schutzkappe) eines Plasmaschneidbrenners mit einer Kühlflüssigkeit
(z. B. Wasser) kann zu einer erhöhten
Sicherheit führen.
Ohne Flüssigkeitskühlung können die
Verschleißteile
extrem hohe Temperaturen erreichen, die während der Verwendung ein Sicherheitsrisiko
darstellen können.
Ein verlustfreies Kühlsystem
erlaubt die Verwendung eines trockenen Plasmas und eines trockenen
Schneidtischs. Trockene Tische können
aufgrund der verringerten Verunreinigung und der Beseitigung der
Notwendigkeit, das verwendete/kontaminierte Wasser, das als Sondermüll anzusehen
ist, zu entsorgen, wünschenswert sein.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung kann diese Probleme unter Verwendung einer gas- und/oder
flüssigkeitsgekühlten Schutzkappe überwinden,
die bei verringerten Temperaturen arbeitet und eine Schlackenbildung auf
einer freiliegenden Fläche
der Schutzkappe während
eines Durchlochens hemmt, wodurch die Lebensdauer der Schutzkappe
verlängert
und die Schnittqualität
eines Plasmaschneidbrenners verbessert wird. Beispielsweise kann
eine Bildung/Anhäufung
von Schlacke auf der Schutzkappe die Festlegung einer Anfangshöhe des Brenners
beeinflussen, was die Schnittqualität des Plasmaschneidbrenners
beeinflussen kann. Die Bildung von Schlacke auf einer Schutzkappe
kann ferner Belüftungslöcher und/oder
eine Öffnung
der Schutzkappe blockieren, was sowohl die Schnittqualität als auch
die Lebensdauer der Schutzkappe beeinflusst (z. B. durch Beeinflussen
der Fähigkeit,
die Schutzkappe zu kühlen).
Eine Schlackenbildung auf einer Schutzkappe kann in einigen Fällen die
Schutzkappe schmelzen. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen, wenn
der Plasmaschneidbrenner zum Schneiden von Stahl verwendet wird
und die Schutzkappe aus Kupfer hergestellt ist, die Schlacke die
Schutzkappe schmelzen, da Stahl einen höheren Schmelzpunkt hat als
Kupfer. Die Schlackenbildung kann ferner eine Erwärmung der
Schutzkappe bis auf die Oxidationstemperatur der Schutzkappe bewirken
(wenn z. B. die Schutzkappe aus Kupfer hergestellt ist, kann die
Erwärmung
durch die Schlacke hohe Kupfertemperaturen bewirken, die in einer
Oxidation des Kupfers resultieren), wodurch eine Verschlechterung
der Schutzkappe bewirkt wird (z. B. an den Rändern der Öffnung).
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Gemäß einem
Aspekt beinhaltet die Erfindung eine Schutzkappe für einen
Plasmaschneidbrenner, der ein metallisches Werkstück durchlocht und
schneidet und dabei ein auf den Brenner gerichtetes Spritzen von
geschmolzenem Metall erzeugt, wobei die Schutzkappe Verschleißkomponententeile des
Plasmaschneidbrenners vor dem spritzenden geschmolzenen Metall schützt. Die
Schutzkappe kann einen Schutzkappenkörper, eine erste Fläche des
Schutzkappenkörpers,
die dazu ausgebildet ist, durch einen Gasstrom kontaktgekühlt zu werden, und
eine zweite Fläche
des Schutzkappenkörpers enthalten,
die dazu ausgebildet ist, durch einen Flüssigkeitsstrom kontaktgekühlt zu werden.
Die Schutzkappe kann ferner eine Dichtungsanordnung enthalten, die
zum Befestigen an dem Schutzkappenkörper ausgebildet ist und relativ
zu der zweiten Fläche
angeordnet ist, und die zum Zurückhalten
des Flüssigkeitsstroms,
der die zweite Fläche
kontaktkühlt,
ausgebildet ist.
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Die
Erfindung ermöglicht
die Verringerung einer Bildung von Schlacke auf einer Schutzkappe,
die an einem Plasmaschneidbrenner befestigt ist, der ein metallisches
Werkstück
durchlocht und schneidet und dabei auf den Brenner gerichtetes gespritztes geschmolzenes
Metall erzeugt. Dies kann das Kontaktkühlen einer ersten Fläche der
Schutzkappe durch einen Gasstrom, das Kontaktkühlen einer zweiten Fläche der
Schutzkappe durch einen Flüssigkeitsstrom
und das Bereitstellen einer Dichtungsanordnung zum Zurückhalten
des Flüssigkeitsstroms beinhalten,
wobei die Dichtungsanordnung zum Zurückhalten der in Kontakt mit
der zweiten Fläche
stehenden Flüssigkeit
relativ zu einer Aufnahmekappe des Plasmaschneidbrenners ausgebildet
ist. Dies kann ferner das Kühlen
durch Wärmeleitung
einer dritten Fläche
der Schutzkappe, die dem gespritzten geschmolzenen Metall ausgesetzt
ist, durch Bereitstellen eines wärmeleitenden
Pfades beinhalten, der zumindest teilweise aus einem wärmeleitenden
Material ausgebildet ist, das in Wärmeverbindung mit der ersten
Fläche
und der zweiten Fläche
steht.
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Die
Erfindung ermöglicht
außerdem
das Verringern der Bildung von Schlacke auf einer Schutzkappe, die
an einem Plasmaschneidbrenner befestigt ist, der ein metallisches
Werkstück
durchlocht und schneidet und dabei auf den Brenner gerichtetes gespritztes
geschmolzenes Metall erzeugt. Dies kann das rasche Kühlen der
an dem Plasmaschneidbrenner befestigten Schutzkappe mit einem Kühlmittelstrom,
das Zurückhalten
des Kühlmittelstroms
in dem Plasmaschneidbrenner und das wiederholte Kühlen der
Schutzkappe (z. B. mehrmaliges Abkühlen der Schutzkappe, in mehreren
Zyklen, etc.) zum Verhindern der Bildung von Schlacke auf einer
Fläche
der Schutzkappe, die dem gespritzten geschmolzenen Metall ausgesetzt
ist, beinhalten.
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Gemäß einem
Aspekt beinhaltet die Erfindung eine Schutzkappe für einen
Plasmaschneidbrenner, der ein metallisches Werkstück durchlocht und
schneidet und dabei ein auf den Brenner gerichtetes Spritzen von
geschmolzenem Metall erzeugt. Die Schutzkappe kann einen Teil enthalten,
der dazu ausgebildet ist, direkt durch eine strömende Flüssigkeit gekühlt zu werden.
Die Schutzkappe kann ferner einen ersten Dichtungsmechanismus und
einen zweiten Dichtungsmechanismus enthalten, die relativ zu dem
direkt durch eine strömende
Flüssigkeit
gekühlten
Teil angeordnet sind, wobei der erste und der zweite Dichtungsmechanismus
zum Zurückhalten der
strömenden
Flüssigkeit,
die den Teil der Schutzkappe direkt kühlt, relativ zu einer Aufnahmekappe des
Plasmaschneidbrenners ausgebildet ist.
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Gemäß einem
anderen Aspekt beinhaltet die Erfindung ein Plasmaschneidbrennersystem.
Das Plasmaschneidbrennersystem kann einen Plasmaschneidbrenner,
eine zum Bereitstellen eines Kühlmittels
ausgebildete Kühlvorrichtung
und eine relativ zu dem Plasmaschneidbrenner angeordnete Schutzkappe
enthalten, wobei ein erster Teil der Schutzkappe dem spritzenden
geschmolzenen Metall ausgesetzt ist. Die Schutzkappe kann einen
zweiten Teil enthalten, der durch das aus der Kühlvorrichtung strömende Kühlmittel
direkt gekühlt
wird, wobei der zweite Teil in Wärmeverbindung
mit dem ersten Teil steht, der dem spritzenden geschmolzenen Metall
ausgesetzt ist. Die Schutzkappe kann ferner eine zum Zurückhalten
des aus der Kühlvorrichtung
strömenden
Kühlmittels
ausgebildete Dichtungsvorrichtung enthalten, wobei die Dichtungsvorrichtung
zum Zurückhalten
des in Kontakt mit dem zweiten Teil der Schutzkappe stehenden Kühlmittels
in dem Plasmaschneidbrenner ausgebildet ist.
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Gemäß noch einem
anderen Aspekt beinhaltet die Erfindung eine Aufnahmekappe für einen
Plasmaschneidbrenner, die ein äußeres Komponententeil mit
einer Innenfläche
und einer Außenfläche enthält, die
zumindest teilweise einen ersten Flüssigkeitskühlmittelkanal begrenzt. Die
Aufnahmekappe kann ein inneres Komponententeil enthalten, das umfangsseitig
innerhalb des äußeren Komponententeils angeordnet
ist und eine Außenfläche und
eine Innenfläche
aufweist, die zumindest teilweise einen zweiten Flüssigkeitskühlmittelkanal
begrenzt. Die Aufnahmekappe kann ferner einen Gasstromkanal enthalten,
der zumindest teilweise durch die Innenfläche des äußeren Komponententeils und
die Außenfläche des
inneren Komponententeils begrenzt ist. Eine Öffnung kann sich an einem Ende
des Gasstromkanals zwischen der Innenfläche des äußeren Komponententeils und
der Außenfläche des
inneren Komponententeils befinden.
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Gemäß einem
anderen Aspekt beinhaltet die Erfindung eine Schutzkappenaufnahmekappe
zum Aufnehmen einer Schutzkappe an einem Plasmaschneidbrenner. Die
Schutzkappenaufnahmekappe kann ein äußeres Komponententeil mit einer
Innenfläche
und einer Au ßenfläche und
ein inneres Komponententeil enthalten, das umfangsseitig innerhalb
des äußeren Komponententeils
angeordnet ist und eine Innenfläche
und eine Außenfläche aufweist. Die
Schutzkappenaufnahmekappe kann ferner einen Flüssigkeitskühlmittelkanal enthalten, wobei
ein erster Teil des Flüssigkeitskühlmittelkanals
zumindest teilweise durch einen Teil der Innenfläche des inneren Komponententeils
begrenzt sein kann. Ein zweiter Teil des Flüssigkeitskühlmittelkanals kann zumindest
teilweise durch die Außenfläche des
inneren Komponententeils und die Innenfläche des äußeren Komponententeils begrenzt
sein. Die Schutzkappenaufnahmekappe kann eine Öffnung zwischen der Außenfläche des
inneren Komponententeils und der Innenfläche des äußeren Komponententeils enthalten. Die Öffnung kann
an einem Ende von mindestens entweder dem äußeren Komponententeil oder
dem inneren Komponententeil der Schutzkappenaufnahmekappe angeordnet
sein.
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Gemäß einem
anderen Aspekt beinhaltet die Erfindung eine Aufnahmekappe für einen
Plasmaschneidbrenner, die eine Ummantelung enthält, die eine Außenfläche aufweist,
die zumindest teilweise einen ersten Flüssigkeitskühlmittelkanal begrenzt. Eine
Buchse kann umfangsseitig in der Ummantelung angeordnet sein und
eine Innenfläche
haben, die zumindest teilweise einen zweiten Flüssigkeitskühlmittelkanal begrenzt. Die
Aufnahmekappe kann ferner einen Gasstromkanal enthalten, der zumindest teilweise
durch die Ummantelung und die Buchse begrenzt ist und sich zwischen
denselben befindet.
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Gemäß einem
anderen Aspekt beinhaltet die Erfindung eine Schutzkappenaufnahmekappe
für einen
Plasmaschneidbrenner, die eine Ummantelung, eine umfangsseitig innerhalb
einer Innenfläche
der Ummantelung angeordnete Buchse und einen Flüssigkeitskühlmittelkanal enthält. Ein
erster Teil des Flüssigkeitskühlmittelkanals
kann zumindest teilweise durch eine Innenfläche der Buchse begrenzt sein. Ein
zweiter Teil des Flüssigkeitskühlmittelkanals kann
zumindest teilweise durch einen Teil der Innenfläche der Buchse begrenzt sein.
Der zweite Teil des Flüssigkeitskühlmittelkanals
kann ferner zumindest teilweise durch einen Teil einer Außenfläche der Buchse
begrenzt sein.
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Die
Erfindung ermöglicht
das Kühlen
eines Plasmaschneidbrenners. Dies kann das Leiten eines Flüssigkeitskühlmittels
zu einer Elektrode, das Leiten des Flüssigkeitskühlmittels zu einer Düse durch
einen ersten Flüssigkeitskühlmittelkanal,
der zumindest teilweise durch eine erste Aufnahmekappe begrenzt
ist, und das Leiten des Flüssigkeitskühlmittels von der
Düse zu
einer Schutzkappe durch einen zweiten Flüssigkeitskühlmittelkanal, der zumindest teilweise
durch eine zweite Aufnahmekappe begrenzt ist, beinhalten. Alternativ
kann die Reihenfolge, in der das Kühlmittel zu der Elektrode,
der Düse und
der Schutzkappe geleitet wird, umgekehrt oder neu angeordnet sein.
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Gemäß noch einem
anderen Aspekt beinhaltet die Erfindung ein Plasmaschneidbrennersystem, das
einen Brennerkörper
enthält,
der einen Plasmagasströmungspfad
zum Leiten eines Plasmagases zu einer Plasmakammer, in der ein Plasmalichtbogen ausgebildet
wird, eine Elektrode und eine Düse
enthält,
die zum Begrenzen der Plasmakammer relativ zu der Elektrode angeordnet
ist. Das Plasmaschneidbrennersystem kann ferner eine oben beschriebene Aufnahmekappe
enthalten, die relativ zu einer Düse befestigt ist. Das Plasmaschneidbrennersystem
kann ferner eine relativ zu der Düse angeordnete Schutzkappe
und eine relativ zu der Schutzkappe befestigte oben beschriebene
Schutzkappenaufnahmekappe enthalten.
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Gemäß einem
anderen Aspekt beinhaltet die Erfindung eine Schutzkappenaufnahmekappe
für einen
Plasmaschneidbrenner, die einen im Wesentlichen zylindrischen Körper, der
zum Aufnehmen einer Schutzkappe des Plasmaschneidbrenners dimensioniert
ist, und einen durch den im Wesentlichen zylindrischen Körper begrenzten
Flüssigkeitskühlmittelkanal
enthält.
Der Flüssigkeitskühlmittelkanal
kann einen Rückführpfad und
einen Zufuhrpfad enthalten, der ein Kühlmittel zum Auftreffen auf
einem sich umfangsseitig erstreckenden Teil der Schutzkappe leitet.
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Bei
anderen Beispielen kann jeder der obigen Aspekte oder jede Vorrichtung,
die hierin beschrieben sind, eines oder mehrere der folgenden Merkmale
enthalten.
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Eine
Dichtungsanordnung an einer Schutzkappe kann in mechanischer Verbindung
mit einer Aufnahmekappe stehen. Bei einigen Ausführungsformen steht die Schutzkappe
in Verbindung mit dem Plasmaschneidbrenner, wobei die Schutzkappe hauptsächlich eine
Düse des
Plasmaschneidbrenners umgibt.
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Bei
einigen Ausführungsformen
kann die Schutzkappe eine erste Fläche des Schutzkappenkörpers enthalten,
die dazu ausgebildet ist, durch einen Gasstrom, der die erste Fläche konvektiv
kühlt, kontaktgekühlt zu werden.
Die Schutzkappe kann eine zweite Fläche des Schutzkappenkörpers enthalten,
die dazu ausgebildet ist, durch einen Flüssigkeitsstrom kontaktgekühlt zu werden,
wobei der Flüssigkeitsstrom
die zweite Fläche
konvektiv kühlt.
Die Schutzkappe kann einen Bereich enthalten, der durch mindestens
entweder den Gasstrom oder den Flüssigkeitsstrom durch Wärmeleitung
gekühlt
wird. Bei einigen Ausführungsformen
enthält
der durch Wärmeleitung
gekühlte
Bereich über
den Bereich einen Temperaturgradienten.
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Bei
einigen Ausführungsformen
kann die Schutzkappe ferner einen relativ zu einer Fläche der Schutzkappe,
die dem geschmolzenen Metall ausgesetzt ist, proximal angeordneten
Flansch enthalten, wobei mindestens ein Teil der zweiten Fläche des Schutzkappenkörpers, die
dazu ausgebildet ist, durch einen Flüssigkeitsstrom kontaktgekühlt zu werden,
auf dem Flansch angeordnet ist.
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Die
Schutzkappe kann ferner eine Öffnung enthalten,
die an einem distalen Ende eines Schutzkappenkörpers der Schutzkappe angeordnet
ist. Bei einigen Ausführungsformen
enthält
die Schutzkappe eine dritte Fläche,
die relativ zu einem distalen Ende des Schutzkappenkörpers der
Schutzkappe angeordnet ist, wobei die dritte Fläche spritzendem geschmolzenem
Metall ausgesetzt ist. Die zweite Fläche, die dazu ausgebildet ist,
durch einen Flüssigkeitsstrom
kontaktgekühlt
zu werden, kann relativ zu der dritten Fläche proximal angeordnet sein.
Bei einigen Ausführungsformen
wird die dritte Fläche,
die spritzendem geschmolzenem Metall ausgesetzt ist, durch den Flüssigkeitsstrom
durch Wärmeleitung
gekühlt.
Die dritte Fläche,
die spritzendem geschmolzenem Metall ausgesetzt ist, kann durch
den Gasstrom durch Wärmeleitung
gekühlt
werden.
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Bei
einigen Ausführungsformen
kann eine zweite Fläche
durch einen Flüssigkeitsstrom
kontaktgekühlt
werden, wobei die zweite Fläche
relativ zu einem ersten Ende der Schutzkappe angeordnet ist. Eine
Schutzkappe kann eine dritte Fläche
enthalten, die gespritztem geschmolzenem Metall ausgesetzt ist,
und kann relativ zu einem zweiten Ende der Schutzkappe angeordnet
sein. Die Schutzkappe kann ferner einen relativ zu dem ersten Ende
der Schutzkappe angeordneten Flansch enthalten, wobei mindestens
ein Teil der ersten Fläche
(z. B. der durch einen Gasstrom kontaktgekühlten Fläche) und der zweiten Fläche auf
dem Flansch angeordnet ist. Bei einigen Ausführungsformen beinhaltet das
Kontaktkühlen
einer zweiten Fläche
einer Schutzkappe durch den Flüssigkeitsstrom
das Bereitstellen eines konstanten Flüssigkeitsstroms um eine äußere Fläche der
Schutzkappe.
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Das
rasche Kühlen
einer Schutzkappe kann das Kühlen
der Schutzkappe beinhalten, derart, dass geschmolzenes Metall zum
Verhindern der Festigung der Verbindung zwischen dem geschmolzenen
Metall und der Schutzkappe gekühlt
wird. Bei einigen Ausführungsformen
beinhaltet das rasche Kühlen
einer Schutzkappe das Kühlen
der Schutzkappe, so dass die Schutzkappe durch Abführen der
Wärme aus
dem geschmolzenen Metall, das in Kontakt mit der Fläche der
Schutzkappe ist, während
eines Durchlochens auf im Wesentlichen der gleichen Temperatur wie
vor dem Durchlochen bleibt. Bei einigen Ausführungsformen beinhaltet das
rasche Kühlen
einer Schutzkappe das Kontaktkühlen
einer Fläche
der Schutzkappe, die in Wärmeverbindung
mit der Fläche
der Schutzkappe steht, die dem gespritzten geschmolzenen Metall
ausgesetzt ist.
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Eine
Fläche
der Schutzkappe, die dem gespritzten geschmolzenen Metall ausgesetzt
ist, kann durch Wärmeleitung
gekühlt
werden. Die Schutzkappe kann unter eine Umgebungstemperatur gekühlt werden.
Bei einigen Ausführungsformen
wird die Schutzkappe unter etwa 15,56°C (60°F) gekühlt.
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Die
Schutzkappe kann ferner einen Teil enthalten, der dazu ausgebildet
ist, durch ein Gas direkt gekühlt
zu werden. Eine Schutzkappe kann eine Lippe enthalten, wobei ein
Teil der Schutzkappe, der dazu ausgebildet ist, durch die Flüssigkeit
direkt gekühlt
zu werden, auf der Lippe angeordnet ist. Bei einigen Ausführungsformen
ist ein Teil der Schutzkappe, der dazu ausgebildet ist, durch eine
Flüssigkeit direkt
gekühlt
zu werden, auf einer äußeren Fläche der
Schutzkappe angeordnet. Der gasgekühlte Teil kann auf einer inneren
Fläche
der Schutzkappe angeordnet sein.
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Die
Schutzkappe kann einen Dichtungsmechanismus enthalten, der mindestens
entweder einen O-Ring, eine Epoxiddichtung oder eine Hartmetallkontaktdichtung
enthalten kann.
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Bei
einigen Ausführungsformen
stellt eine Kühlvorrichtung
ein Kühlmittel
bereit, und die Kühlvorrichtung
ist ein Kältekompressor.
Das Kühlmittel kann
einen Teil der Schutz kappe wiederholt kühlen. Bei einigen Ausführungsformen
enthält
die Schutzkappe einen ersten Teil, der spritzendem geschmolzenem
Metall ausgesetzt ist, und einen zweiten Teil, der wiederholt durch
ein Kühlmittel
(z. B. ein Gas oder eine Flüssigkeit)
gekühlt
wird, wobei der zweite Teil in Wärmeverbindung
mit dem ersten Teil steht, der spritzendem geschmolzenem Metall
ausgesetzt ist.
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Eine
Aufnahmekappe kann einen ersten Flüssigkeitskühlmittelkanal und ein zweites
Flüssigkeitskühlmittel
begrenzen. Der erste Flüssigkeitskühlmittelkanal
kann in Fluidverbindung mit dem zweiten Flüssigkeitskühlmittelkanal stehen. Der erste Flüssigkeitskühlmittelkanal
kann ein Rückführstrom eines
Flüssigkeitskühlmittels
sein. Der zweite Flüssigkeitskühlmittelkanal
kann ein Zufuhrstrom eines Flüssigkeitskühlmittels
sein. Bei einigen Ausführungsformen
kann die Aufnahmekappe einen Gasstromkanal enthalten, der einem
Werkstück
ein Schutzgas zuführt.
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Bei
einigen Ausführungsformen
ist eine Innenfläche
eines inneren Komponententeils einer Aufnahmekappe relativ zu einer
Düse des
Plasmaschneidbrenners befestigt. Die Innenfläche des inneren Komponententeils
einer Aufnahmekappe kann eine Dichtungsanordnung enthalten, die
ein Flüssigkeitskühlmittel
relativ zu einem Plasmaschneidbrennerkörper abdichtet. Die Innenfläche des
inneren Komponententeils und ein Plasmaschneidbrennerkörper begrenzen
zumindest teilweise den zweiten Flüssigkeitskühlmittelkanal. Bei einigen
Ausführungsformen
enthält
eine Aufnahmekappe ein äußeres Komponententeil,
wobei die Außenfläche des äußeren Komponententeils
und eine äußere Aufnahmekappe
des Plasmaschneidbrenners zumindest teilweise den ersten Flüssigkeitskühlmittelkanal
begrenzen.
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Eine
Schutzkappenaufnahmekappe kann ein inneres und ein äußeres Komponententeil
aufweisen, wobei mindestens entweder das innere Komponententeil
oder das äußere Komponententeil
relativ zu einer Schutzkappe befestigt ist. Bei einigen Ausführungsformen
enthält
die Schutzkappenaufnahmekappe eine Öffnung, die an einem Ende des
durch die Schutzkappe begrenzten oder ausgebildeten Flüssigkeitskühlmittelkanals
angeordnet ist. Der Flüssigkeitskühlmittelkanal
kann ein Kühlmittel
auf eine Schutzkappe leiten. Bei einigen Ausführungsformen ist ein erster
Teil des Flüssigkeitskühlmittelkanals
ein Kühlmittelzufuhrstrom,
und ein zweiter Teil des Flüssigkeitskühlmittelkanals
ist ein Kühlmittelrückführstrom.
Bei einigen Ausführungsformen
begrenzen eine Innenfläche
des inneren Komponententeils der Schutzkappenaufnahmekappe und eine innere
Aufnahmekappe zumindest teilweise den ersten Teil des Flüssigkeitskühlmittelkanals.
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Bei
einigen Ausführungsformen
ist eine Temperatur des auf die Schutzkappe treffenden Kühlmittels
an jedem Punkt entlang des sich umfangsseitig erstreckenden Teils
der Schutzkappe gleichbleibend. Die Schutzkappenaufnahmekappe kann
zumindest teilweise einen Flüssigkeitskühlmittelkanal
begrenzen, der ein Kühlmittel
zu einem Teil der Schutzkappe leitet. Bei einigen Ausführungsformen
weist eine Schutzkappenaufnahmekappe einen im Wesentlichen zylindrischen
Körper
auf, der ein im Wesentlichen zylindrisches äußeres Komponententeil und ein im
Wesentlichen zylindrisches inneres Komponententeil enthält, das
innerhalb des äußeren Komponententeils
angeordnet ist. Ein Zufuhrpfad für
einen Flüssigkeitskühlmittelkanal
kann zumindest teilweise durch eine Innenfläche des im Wesentlichen zylindrischen
inneren Komponententeils ausgebildet sein. Ein Rückführpfad eines Flüssigkeitskühlmittelkanals kann
zumindest teilweise durch eine Außenfläche des im Wesentlichen zylindrischen
inneren Komponententeils und eine Innenfläche des im Wesentlichen zylindrischen äußeren Komponententeils
ausgebildet sein.
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Weitere
Aspekte und Vorteile der Erfindung können anhand der folgenden Zeichnungen
und der Beschreibung offensichtlicher werden, die die Prinzipien
der Erfindung lediglich auf beispielhafte Weise veranschaulichen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorher beschriebenen Vorteile der Erfindung können zusammen mit weiteren
Vorteilen unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung, in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen, besser verstanden werden. Die Zeichnungen sind nicht
notwendigerweise maßstabsgetreu,
stattdessen wird allgemein Wert darauf gelegt, die Prinzipien der
Erfindung zu veranschaulichen.
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1 ist
eine Zeichnung einer Schutzkappe gemäß einer veranschaulichenden
Ausführungsform.
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2 ist
ein Querschnitt einer Schutzkappe gemäß einer veranschaulichenden
Ausführungsform.
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3 ist
ein Teilquerschnitt der Schutzkappe und eines Plasmaschneidbrenners
gemäß einer
veranschaulichenden Ausführungsform.
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4 ist
eine andere Querschnittsansicht der Schutzkappe und des Plasmaschneidbrenners gemäß einer
alternativen veranschaulichenden Ausführungsform.
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5 ist
eine Zeichnung, die eine durch eine Flüssigkeit gekühlte Schutzkappe
gemäß einer
veranschaulichenden Ausführungsform
zeigt.
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6 ist
eine graphische Darstellung, die eine Schlackenansammlung bei Lochstechprotokolltests
unter Verwendung einer Schutzkappe gemäß einer veranschaulichenden
Ausführungsform
zeigt.
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7 ist
eine graphische Darstellung, die eine Schlacke auf einer abgeschreckten
gegenüber einer
gekühlten
Schutzkappe bei Lochstechprotokolltests unter Verwendung einer Schutzkappe
gemäß einer
veranschaulichenden Ausführungsform
zeigt.
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8 ist
eine Teilquerschnittszeichnung einer Anordnung von Verschleißteilen
für einen
Plasmaschneidbrenner gemäß einer
veranschaulichenden Ausführungsform.
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9 ist
eine Schnittzeichnung von Verschleißteilen für einen Plasmaschneidbrenner
gemäß einer
veranschaulichenden Ausführungsform.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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1 ist
eine Zeichnung einer Schutzkappe 5 gemäß einer veranschaulichenden
Ausführungsform.
Die Schutzkappe 5 kann relativ zu einem Plasmaschneidbrenner
angeordnet sein, der ein metallisches Werkstück durchlocht und schneidet
und dabei ein auf den Brenner gerichtetes Spritzen von geschmolzenem
Metall erzeugt. Die Schutzkappe 5 kann Verschleiß komponententeile
des Plasmaschneidbrenners vor dem spritzenden geschmolzenen Metall
schützen.
Die Schutzkappe beinhaltet einen Schutzkappenkörper. Bei dieser Ausführungsform
enthält
der Schutzkappenkörper
der Schutzkappe eine erste Fläche,
die dazu ausgebildet ist, durch einen (nicht gezeigten) Gasstrom
kontaktgekühlt
zu werden. Das Kontaktkühlen
kann das Kühlen
eines Teils der Schutzkappe (z. B. der Fläche) durch Kontaktieren desselben
mit einem Kühlmittel
(z. B. einem Kühlmittel,
einer Kühlflüssigkeit,
einem Kühlgas,
etc.) beinhalten. Bei einigen Ausführungsformen ist die durch
den Gasstrom gekühlte
Fläche
eine Innenfläche
(z. B. ein Loch, eine Austrittsöffnung),
die relativ zu der Schutzkappe angeordnet ist. Der Körper der Schutzkappe
enthält
ferner eine zweite Fläche 10, die
dazu ausgebildet ist, durch einen Flüssigkeitsstrom kontaktgekühlt zu werden.
Bei einigen Ausführungsformen
enthält
der Schutzkappenkörper
zwei Stücke.
Bei einigen Ausführungsformen
beinhaltet das Kühlen
der Schutzkappe 5 das Bereitstellen eines konstanten Flüssigkeitsstroms
um eine äußere Fläche der
Schutzkappe 5. Bei dieser Ausführungsform enthält die Schutzkappe 5 ferner
eine Dichtungsanordnung 15A und 15B (z. B. einen
O-Ring, eine Epoxiddichtung, einen Hartmetallkontakt an Flächen mit
hohen Toleranzen oder eine beliebige Kombination derselben), die
zum Befestigen an dem Schutzkappenkörper ausgebildet ist (z. B.
einen O-Ring, der in einem relativ zu der Schutzkappe 5 angeordneten
Kanal auf der Schutzkappe 5 angeordnet ist, einen O-Ring,
der ohne einen relativ zu der Schutzkappe 5 angeordneten
Kanal auf der Schutzkappe 5 angeordnet ist, ein Merkmal
des Schutzkappenkörpers,
das den Flüssigkeitsstrom
relativ zu einer Aufnahmekappe abdichtet, oder eine beliebige Kombination
derselben), wobei die Dichtungsanordnung 15A und 15B relativ
zu (z. B. benachbart zu) der zweiten Fläche 10 angeordnet
ist. Die Dichtungsanordnung 15A oder 15B kann
zum Zurückhalten des
Flüssigkeitsstroms,
der die zweite Fläche 10 kontaktkühlt, ausgebildet
sein.
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Bei
einigen Ausführungsformen
ist die Schutzkappe 5 aus einem Material gebildet, das
ein gleichbleibendes Wärmemittel
(z. B. Metall) bereitstellt, so dass eine Fläche 20 der Schutzkappe,
die einem spritzenden geschmolzenen Metall ausgesetzt ist, als ein
Resultat von mindestens entweder dem Flüssigkeitsstrom, der die zweite
Fläche 10 kontaktkühlt, oder
dem Gasstrom, der die erste Fläche
(nicht gezeigt) kontaktkühlt,
durch Wärmeleitung
gekühlt wird.
Bei einigen Ausführungsformen
beinhaltet das Kühlen
durch Wärmeleitung
eines Teils (z. B. einer Fläche,
eines Bereichs) der Schutzkappe das Kühlen in einem Teil der Schutzkappe
mit einem Temperaturgradienten über
diesen Teil der Schutzkappe. Die Schutzkappe 5 kann ferner
Austrittsöffnungen 25 enthalten,
aus denen ein Schutzgas austreten kann, das einen Schutz für die Schutzkappe 5 bereitstellt.
Die Schutzkappe 5 enthält
ferner eine Austrittsöffnung 30,
die den Durchgang eines Plasmalichtbogens und eines Gasstroms erlaubt.
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Das
Kühlhalten
einer Schutzkappe 5 kann die Lochstechdickenfähigkeit
erhöhen
und ferner die Bildung einer guten Verbindung zwischen der geschmolzenen
Schlacke und der Schutzkappe 5 verhindern. Bei einigen
Ausführungsformen
beinhaltet das Kühlen
der Schutzkappe 5 das rasche Abkühlen bzw. Abschrecken der Schutzkappe 5.
Bei einigen Ausführungsformen
hat der Flüssigkeitsstrom
eine Temperatur, die niedrig genug ist (z. B. weniger als etwa 15,56°C (60°F) oder 4,44°C (40°F)), so dass der
Flüssigkeitsstrom
die Schutzkappe 5 durch Kontaktkühlen der zweiten Fläche 10 und
Abschrecken durch Wärmeleitung
des Rests der Schutzkappe 5 abschreckt. Eine verringerte
Schlackenanhäufung
an der Schutzkappe 5 verlängert die Lebensdauer der Schutzkappe 5.
Das Verringern der Schlackenansammlung auf der Schutzkappe 5 verringert
die Wahrscheinlichkeit, dass geschmolzenes Metall den Plasmastrahl
stört und
die Düse
beschädigt
und/oder zwischen der Düse
und dem Werkstück
ein Doppellichtbogen ausgebildet wird. Eine verringerte Schutzkappentemperatur
erhöht
die Dickenfähigkeit.
Das Durchlochen von dickem Metall war aufgrund der relativ langen
Lochstechzeiten, die notwendig sind, um dem Lichtbogen zu erlauben,
das Metall durchzuschmelzen, und aufgrund der resultierenden geschmolzenen
Schlacke, die zurück
zu dem Brenner (z. B. hauptsächlich
zu der Schutzkappe 5) geblasen wird, beschränkt. Beispielsweise
ist der mit dem HT4400 400A durchgeführte Prozess auf das Durchlochen
von 1–1/4'' schweißbarem Stahl (englisch: mild
steel, MS) beschränkt.
Bei einigen Ausführungsformen
wird, wenn versucht wird, dickeren Stahl zu durchlochen, die Schutzkappe 5 schließlich schmelzen,
da die Schutzkappe 5 lediglich durch das Schutzgas gekühlt wird.
Häufig
fangt, wenn Stahl mit 1'' und mehr durchlocht
wird, die Schlacke an, sich auf der Schutzkappe 5 anzusammeln,
und wenn sie nicht entfernt wird, wird die Schutzleistung anfangen, sich
zu verschlechtern, während
die Anhäufung
von Schlacke fortschreitet. Schließlich wird die Schnittqualität inakzeptabel,
oder die Schutzkappe 5 kann sogar aufgrund der großen Masse
von heißem
Stahl schmelzen. Bei einigen Tests wurde herausgefunden, dass die
Schutzkappe 5 innerhalb von 25 Durchlochungen große Mengen
an Schlacke angesammelt hatte. Aufgrund der angehäuften Schlacke
kann die Schutzkappe 5 schmelzen und dazu führen, dass
der Brenner nicht mehr zum Durchführen weiterer Durchlochungen
fähig ist.
Bei einigen Ausführungsformen erfordert
das Lochstechprotokoll, dass der Prozess dazu in der Lage ist, eine
gegebene Dicke einer Platte 300 Mal zu durchlochen, ohne dass ein
Bediener eingreift (z. B. durch Entfernen der Schlacke von der Schutzkappe 5 zwischen
Durchlochungen).
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2 ist
eine Zeichnung eines Querschnitts einer Schutzkappe 5 gemäß einer
veranschaulichenden Ausführungsform.
Bei dieser Ausführungsform ist
die Schutzkappe 5 relativ zu einer (nicht gezeigten) Düse angeordnet.
Bei einigen Ausführungsformen
enthält
die Schutzkappe 5 Lochmerkmale 32 (z. B. Austrittsöffnungen),
so dass ein Gas durch die Lochmerkmale und durch die Austrittsöffnungen
der Schutzkappe 5 strömen
kann. Bei einigen Ausführungsformen
enthält
die Schutzkappe 5 eine erste Fläche 35, eine zweite
Fläche 10 und
eine dritte Fläche 20.
Die dritte Fläche 20 kann
durch mindestens entweder einen Flüssigkeitsstrom oder einen Gasstrom
durch Wärmeleitung
gekühlt
werden. Bei einigen Ausführungsformen
wird die zweite Fläche 10 unter
Verwendung einer Flüssigkeit
kontaktgekühlt (z.
B. durch Kühlen
der Fläche
durch Kontaktieren derselben mit einem Kühlmittel), um dadurch eine Kühlung durch
Wärmeleitung
zu erzeugen und eine niedrige Temperatur an der dritten Fläche 20 zu
erreichen, die während
des Betriebs eines Brenners geschmolzenem Metall ausgesetzt sein
kann. Bei einigen Ausführungsformen
wird die dritte Fläche 20 als ein
Resultat des Kontaktkühlens
der ersten Fläche 35 mit
einem Gasstrom und/oder des Kontaktkühlens der zweiten Fläche 10 mit
einem Flüssigkeitsstrom durch
Wärmeleitung
gekühlt.
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Bei
einigen Ausführungsformen
ist die zweite Fläche 10 relativ
zu einem ersten Ende 36 (z. B. einem proximalen Ende) der
Schutzkappe 5 angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen
enthält
die Schutzkappe 5 einen Schutzkappenkörper, der eine an einem zweiten
Ende (z. B. einem distalen Ende) des Körpers der Schutzkappe angeordnete Öffnung enthält. Die
Schutzkappe 5 kann eine dritte Fläche 20 enthalten,
die dem spritzenden geschmolzenen Metall ausgesetzt ist und nicht
durch den Flüssigkeitsstrom
oder den Gasstrom kontaktgekühlt
wird. Die dritte Fläche 20 kann
durch den Gasstrom, der die erste Fläche 35 kontaktkühlt, oder
den Flüssigkeitsstrom,
der die zweite Fläche 10 kontaktkühlt, durch Wärmeleitung
gekühlt
werden. Bei einigen Ausführungsformen
ist die dritte Fläche 20 auf
einer äußeren Fläche der
Schutzkappe angeordnet, und die zweite Fläche 10 ist relativ
zu der dritten Fläche 20 proximal
angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen
ist die dritte Fläche 20,
die geschmolzenem Metall ausgesetzt ist, relativ zu dem zweiten
Ende 37 (z. B. dem distalen Ende) des Körpers der Schutzkappe angeordnet.
Bei einigen Ausführungsformen
ist die zweite Fläche 10,
die durch den Flüssigkeitsstrom kontaktgekühlt wird,
relativ zu der dritten Fläche 20, die
dem geschmol zenen Metall ausgesetzt ist, proximal angeordnet. Die
Schutzkappe 5 kann ferner einen Flansch 40 enthalten,
der relativ zu dem ersten Ende 36 der Schutzkappe 5 angeordnet
ist, wobei mindestens ein Teil der ersten Fläche 35 und/oder der
zweiten Fläche 10 auf
dem Flansch 40 angeordnet ist. Bei einigen Ausführungsformen
kann die dritte Fläche 20 relativ
zu dem Flansch 40 distal angeordnet sein. Der Flansch 40 kann
relativ zu der dritten Fläche 20 (z.
B. der Fläche
der Schutzkappe, die dem geschmolzenen Metall ausgesetzt ist) proximal angeordnet
sein. Bei einigen Ausführungsformen
ist zumindest ein Teil der ersten Fläche 35, die durch
einen Gasstrom kontaktgekühlt
wird, auf einer inneren Fläche
des Flansches 40 oder der Schutzkappe 5 angeordnet.
Bei einigen Ausführungsformen
ist zumindest ein Teil der zweiten Fläche 10, die durch
einen Flüssigkeitsstrom
kontaktgekühlt
wird, auf einer äußeren Fläche des
Flansches 40 oder der Schutzkappe 5 angeordnet.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist die erste Fläche 35,
die durch einen Gasstrom kontaktgekühlt wird, auf einer inneren
Fläche
der Schutzkappe angeordnet, die nicht spritzendem geschmolzenem
Metall ausgesetzt ist. Bei einigen Ausführungsformen kühlt der
Gasstrom die erste Fläche 35 konvektiv.
Bei dieser Ausführungsform
ist die zweite Fläche 10,
die durch den Flüssigkeitsstrom
kontaktgekühlt
wird, auf einer äußeren Fläche der
Schutzkappe angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen beinhaltet das
Kühlen
der Schutzkappe 5 das Bereitstellen eines konstanten Flüssigkeitsstroms
um eine äußere Fläche der
Schutzkappe 5. Bei einigen Ausführungsformen kühlt der
Flüssigkeitsstrom
die zweite Fläche 10 konvektiv.
Bei einigen Ausführungsformen
enthält
die Schutzkappe 5 einen Flansch 40 (z. B. eine
Lippe), und mindestens ein Teil der ersten Fläche 35 und mindestens
ein Teil der zweiten Fläche 10 sind
relativ zu dem Flansch 40 angeordnet.
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Die
Schutzkappe 5 kann einen Bereich 45 enthalten,
der durch mindestens entweder den Gasstrom oder den Flüssigkeitsstrom
durch Wärmeleitung
gekühlt
wird (z. B. durch Kühlen,
das in dem Bereich mit einem Temperaturgradienten über den
Bereich stattfindet). Der Bereich 45 kann ein beliebiger Teil
der Schutzkappe sein, der nicht in Kontakt mit dem Kühlmittel
ist (z. B. einem Kühlmittel
wie einer Flüssigkeit
oder einem Gas). Bei einigen Ausführungsformen ist der Bereich
die Fläche
der Schutzkappe, die gespritztem geschmolzenem Metall ausgesetzt
ist, oder sogar ein Teil der Schutzkappe unter der Fläche, die
in Kontakt mit dem Kühlmittel
ist. Bei einigen Ausführungsformen
hat der Flüssigkeitsstrom
eine Temperatur, die niedrig genug ist (z. B. weniger als etwa 15,56°C (60°F) oder 4,44°C (40°F)), so dass
der Flüssigkeitsstrom
die Schutzkappe 5 durch Kontaktkühlen der zweiten Fläche 10 und
Abschrecken des Rests der Schutzkappe 5 durch Wärmeleitung
abschreckt. Die Schutzkappe 5 ist so ausgebildet, dass
sie einen wärmeleitenden
Pfad zwischen mindestens der ersten Fläche 35 oder der zweiten
Fläche 10 und
dem durch Wärmeleitung
gekühlten
Bereich 45 bereitstellt. Bei einigen Ausführungsformen
ist die Schutzkappe 5 eine einheitliche Struktur, die aus
Metall oder einem wärmeleitenden Mittel
hergestellt ist. Bei einigen Ausführungsformen ist die Schutzkappe 5 aus
mehreren Strukturen gebildet, die aus einem gleichbleibenden Wärmemittel
gebildet sind und einen gleichbleibenden wärmeleitenden Pfad ausbilden.
Bei einigen Ausführungsformen ist
die Schutzkappe 5 aus mehreren Strukturen mit ähnlichen
Wärmeeigenschaften
gebildet.
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Die
Schutzkappe 5 kann für
einen (nicht gezeigten) Plasmaschneidbrenner vorgesehen sein, der
ein metallisches Werkstück
durchlocht und schneidet und dabei ein auf den Brenner gerichtetes Spritzen
von geschmolzenem Metall erzeugt. Die Schutzkappe 5 kann
einen Teil, der dazu ausgebildet ist, durch eine strömende Flüssigkeit
direkt gekühlt zu
werden (z. B. die zweite Fläche 10),
und einen ersten Dichtungsmechanismus 15A und einen zweiten Dichtungsmechanismus 15B enthalten,
die relativ zu dem durch die Flüssigkeit
gekühlten
Teil angeordnet sind. Der Teil, der dazu ausgebildet ist, durch
die Flüssigkeit
direkt gekühlt
zu werden (z. B. die zweite Fläche 10),
kann auf einer äußeren Fläche der Schutzkappe 5 angeordnet
sein, und der Teil, der dazu ausgebildet ist, durch das Gas direkt
gekühlt
zu werden, kann auf einer inneren Fläche der Schutzkappe 5 angeordnet
sein. Der erste und der zweite Dichtungsmechanismus 15A und 15B können zum Zurückhalten
der strömenden
Flüssigkeit,
die den flüssigkeitsgekühlten Teil
der Schutzkappe (z. B. die zweite Fläche 10) direkt kühlt, relativ
zu einer (nicht gezeigten) Aufnahmekappe eines Plasmaschneidbrenners
ausgebildet sein. Der Dichtungsmechanismus 15A oder 15B kann
mindestens entweder ein O-Ring, eine Epoxiddichtung oder eine Hartmetalldichtung
sein. Die Schutzkappe kann ferner einen Teil enthalten, der dazu
ausgebildet ist, durch ein Gas direkt gekühlt zu werden (z. B. die erste
Fläche 35). Die
Schutzkappe kann ferner eine Lippe (z. B. den Flansch 40)
enthalten, wobei der Teil, der dazu ausgebildet ist, durch die Flüssigkeit
direkt gekühlt
zu werden (z. B. die zweite Fläche 10)
auf der Lippe (z. B. dem Flansch 40) angeordnet ist.
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Bei
einigen Ausführungsformen
kann das Verringern einer Bildung von Schlacke auf einer Schutzkappe 5,
die an einem (nicht gezeigten) Plasmaschneidbrenner befestigt ist,
der ein metallisches Werkstück
durchlocht und schneidet und dabei auf den Brenner gerichtetes gespritztes
geschmolzenes Metall erzeugt, das Kontaktkühlen einer ersten Fläche 35 der
Schutzkappe 5 durch einen Gasstrom beinhalten. Dies kann
ferner das Kontaktkühlen
einer zweiten Fläche 10 der
Schutzkappe 5 durch einen Flüssigkeitsstrom und das Bereitstellen
einer Dichtungsanordnung 15A und 15B zum Zurückhalten
des Flüssigkeitsstroms
beinhalten, wobei die Dichtungsanordnung 15A und 15B zum
Zurückhalten
der Flüssigkeit,
die in Kontakt mit der zweiten Fläche 10 steht, relativ
zu einer (nicht gezeigten) Aufnahmekappe des Plasmaschneidbrenners
ausgebildet ist. Dies kann ferner das Kühlen durch Wärmeleitung
einer dritten Fläche 20 der
Schutzkappe 5, die dem gespritzten geschmolzenen Metall
ausgesetzt ist, durch Bereitstellen eines wärmeleitenden Pfades, der zumindest teilweise
aus einem wärmeleitenden
Material ausgebildet ist, der in Wärmeverbindung mit der ersten
Fläche 35 und
der zweiten Fläche 10 steht,
beinhalten. Das Kontaktkühlen
der zweiten Fläche 10 durch
den Flüssigkeitsstrom
kann das Bereitstellen eines konstanten Flüssigkeitsstroms um eine äußere Fläche der
Schutzkappe 5 beinhalten.
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3 ist
ein Teilquerschnitt einer Schutzkappe 50, die relativ zu
einem Plasmaschneidbrenner 55 angeordnet ist, gemäß einer
veranschaulichenden Ausführungsform.
Die Schutzkappe 50 kann in Verbindung mit einem Plasmaschneidbrenner 55 stehen.
Bei einigen Ausführungsformen
enthält
die Schutzkappe 50 eine Dichtungsanordnung 60A und 60B,
die in mechanischer Verbindung mit einer Aufnahmekappe 65 des
Plasmaschneidbrenners 55 steht. Bei einigen Ausführungsformen
besteht die Dichtungsanordnung 60A und 60B der
Schutzkappe 50 aus einer Mehrzahl von O-Ringen. Die O-Ringe können zum
Zurückhalten
des Flüssigkeitsstroms, der
die zweite Fläche 70 der
Schutzkappe kontaktkühlt
(z. B. durch Kühlen
einer Fläche
durch Kontaktieren derselben mit einem Kühlmittel) ausgebildet sein.
Bei einigen Ausführungsformen
beinhaltet das Kühlen
der Schutzkappe 50 das Bereitstellen eines konstanten Flüssigkeitsstroms
um eine äußere Fläche der
Schutzkappe 50. Bei einigen Ausführungsformen hat der Flüssigkeitsstrom
eine Temperatur, die niedrig genug ist (z. B. weniger als etwa 15,56°C (60°F) oder 4,44°C (40°F), so dass
der Flüssigkeitsstrom
die Schutzkappe 50 durch Kontaktkühlen der zweiten Fläche 70 und
Abschrecken des Rests der Schutzkappe 50 durch Wärmeleitung
(z. B. durch ein Abschrecken, das in dem Rest der Schutzkappe mit einem
Temperaturgradienten über
den Rest der Schutzkappe 50 stattfindet) abschreckt. Bei
dieser Ausführungsform
ist die Schutzkappe 50 an dem Plasmaschneidbrenner 55 befestigt,
so dass die Schutzkappe 50 in mechanischer Verbindung mit
der Aufnahmekappe 65 steht und einen Pfad 75 ausbildet,
der erlaubt, dass eine Flüssigkeit
aus einer (nicht gezeigten) Quelle durch den Plasmaschneidbrenner 55 strömen kann,
zu der zweiten Fläche 70 der Schutzkappe 50 strömen kann
und dieselbe kontaktkühlen
kann und zurück
durch den Plasmaschneidbrenner 55 strömen kann.
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Das
Verringern der Bildung von Schlacke auf einer Schutzkappe 50,
die an einem Plasmaschneidbrenner 55 befestigt ist, der
ein metallisches Werkstück
durchlocht und schneidet und dabei auf den Brenner 55 gerichtetes
gespritztes geschmolzenes Metall erzeugt, kann das rasche Kühlen der
an dem Plasmaschneidbrenner 50 befestigten Schutzkappe 50 mit
einem Kühlmittelstrom
beinhalten. Dies kann das Zurückhalten
des Kühlmittelstroms
in dem Plasmaschneidbrenner 55 und das wiederholte Kühlen der
Schutzkappe 50 (z. B. das mehrmalige Kühlen der Schutzkappe, in mehreren
Zyklen, etc.) beinhalten, um die Bildung von Schlacke auf einer
Fläche der
Schutzkappe, die dem gespritzten geschmolzenen Metall ausgesetzt
ist, zu verhindern. Das rasche Kühlen
kann das Kühlen
der Schutzkappe 50 beinhalten, derart, dass geschmolzenes
Metall zum Verhindern der Festigung der Verbindung zwischen dem geschmolzenen
Metall und der Schutzkappe 50 gekühlt wird. Das rasche Kühlen der
Schutzkappe 50 kann ferner das Kühlen der Schutzkappe 50 beinhalten,
so dass die Schutzkappe 50 durch Abführen der Wärme aus dem geschmolzenen Metall,
das in Kontakt mit der Fläche
der Schutzkappe 50 ist, während eines Durchlochens auf
im Wesentlichen der gleichen Temperatur wie vor dem Durchlochen
bleibt. Das rasche Kühlen
der Schutzkappe 50 kann das Kontaktkühlen einer Fläche der
Schutzkappe 50 beinhalten, die in Wärmeverbindung mit der Fläche der Schutzkappe 50 steht,
die dem gespritzten geschmolzenen Metall ausgesetzt ist. Die Fläche der Schutzkappe 50,
die dem gespritzten geschmolzenen Metall ausgesetzt ist, kann durch
Wärmeleitung gekühlt werden.
Bei einigen Ausführungsformen
wird die Schutzkappe 50 unter eine Umgebungstemperatur
gekühlt.
Die Schutzkappe kann unter etwa 15,56°C (60°F) gekühlt werden.
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4 ist
eine andere Querschnittsansicht der Schutzkappe 50 und
des Plasmaschneidbrenners gemäß einer
veranschaulichenden Ausführungsform.
Der Plasmaschneidbrenner 55 enthält einen Brennerkörper 80,
eine Elektrode 85 (z. B. eine Kathode), die innerhalb des
Körpers
angebracht ist, und eine Düse 90 (z.
b. eine Anode) mit einer zentralen Öffnung 95, die einen
Pilotlichtbogen zu der Elektrode zum Auslösen eines Plasmalichtbogens
erzeugt. Ferner sind zugehörige
elektrische Anschlüsse
und Durchgänge
für ein
Plasma gas 100A, Durchgänge
für eine
Kühlflüssigkeit 100B und
Durchgänge für ein Schutzgas 100C gezeigt.
Bei dieser Ausführungsform
ist die Schutzkappe 50 relativ zu einem Plasmaschneidbrenner 55 angeordnet.
Die Schutzkappe 50 umgibt allgemein die Düse 90.
Bei einigen Ausführungsformen
enthält
die Schutzkappe 50 einen Flansch 105. Die Schutzkappe 50 enthält ferner eine
Befestigungsvorrichtung 110 zum Befestigen der Schutzkappe 50 an
dem Plasmaschneidbrenner 55. Die Befestigungsvorrichtung 110 kann
ein Gewindeabschnitt sein, der auf den Brennerkörper 80 oder auf eine
Aufnahmekappe 65 geschraubt werden kann. Bei dieser Ausführungsform
erlaubt ein Pfad 75 einer Flüssigkeit aus einer (nicht gezeigten)
Quelle durch den Plasmaschneidbrenner 55 zu strömen, die Elektrode 85 zu
kühlen,
die äußere Fläche der
Düse 90 zu
kühlen,
zu der zweiten Fläche 70 der
Schutzkappe 50 zu strömen
und dieselbe kontaktzukühlen und
zurück
durch den Plasmaschneidbrenner 55 zu strömen. Bei
einigen Ausführungsformen
können Komponententeile
des Plasmaschneidbrenners 55 (z. B. die Elektrode 85,
die Düse 90,
die Schutzkappe 50) in einer unterschiedlichen/alternativen
Reihenfolge gekühlt
werden. Bei einigen Ausführungsformen beinhaltet
das Kühlen
der Schutzkappe 50 das Bereitstellen eines konstanten Flüssigkeitsstroms
um eine äußere Fläche der
Schutzkappe 50.
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Bei
einigen Ausführungsformen
ist die durch einen Gasstrom kontaktgekühlte (z. B. durch Kontaktieren
einer Fläche
mit einem Kühlmittel
gekühlte) erste
Fläche 115 auf
einer inneren Fläche
der Schutzkappe 50 angeordnet. Die Schutzkappe 50 kann
Durchgänge
enthalten, aus denen der Gasstrom austreten kann, und dem Gasstrom
erlauben, nicht nur die erste Fläche 115 kontaktzukühlen, sondern
ferner als ein Schutzgas zu wirken, das die Schutzkappe 50 vor
dem spritzenden geschmolzenen Metall schützt, wenn es aus der Schutzkappe austritt.
Bei einigen Ausführungsformen
enthält
die Schutzkappe 50 einen Flansch 105, und mindestens ein
Teil der ersten Fläche 115 ist
auf einer inneren Fläche
des Flansches 105 angeordnet.
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Bei
einigen Ausführungsformen
enthält
die Schutzkappe 50 einen Flansch 105, und mindestens ein
Teil der zweiten Fläche 70,
die durch einen Flüssigkeitsstrom
kontaktgekühlt
wird, ist auf einer äußeren Fläche des
Flansches 105 angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen
kühlt der
Flüssigkeitsstrom die
zweite Fläche 70 der
Schutzkappe 50 durch Bereitstellen eines konstanten Flüssigkeitsstroms
um die äußere Fläche der
Schutzkappe 50 durch einen Kontakt. Bei einigen Ausführungsformen
wird ein konstanter Flüssigkeitsstrom
um eine äußere Fläche des
Flansches 105 bereitgestellt.
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Bei
einigen Ausführungsformen
hat der Flüssigkeitsstrom
eine Temperatur, die niedrig genug ist (z. B. weniger als etwa 15,56°C (60°F oder 4,44°C (40°F), so dass
der Flüssigkeitsstrom
die Schutzkappe 50 durch Kontaktkühlen der zweiten Fläche 70 und
Abschrecken des Rests der Schutzkappe 50 durch Wärmeleitung
(z. B. Abschrecken, das in dem Rest der Schutzkappe mit einem Temperaturgradienten über den
Rest der Schutzkappe 50 stattfindet) abschreckt. Wie aus 4 ersichtlich
ist, kann die Schutzkappe eine dritte Fläche 125 enthalten,
die auf einer äußeren Fläche der
Schutzkappe angeordnet ist und dem Spritzen von geschmolzenem Metall
ausgesetzt ist, wenn der Plasmaschneidbrenner ein metallisches Werkstück durchlocht
und schneidet. Die Schutzkappe 50 ist aus einem gleichbleibenden
Wärmemittel
gebildet, das der dritten Fläche 125 erlaubt, durch
mindestens entweder den Gasstrom oder den Flüssigkeitsstrom durch Wärmeleitung
gekühlt
zu werden.
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Bei
einigen Ausführungsformen
kann ein Plasmaschneidbrennersystem einen Plasmaschneidbrenner 55,
eine (nicht gezeigte) Kühlvorrichtung,
die zum Bereitstellen eines Kühlmittels
ausgebildet ist, und eine relativ zu dem Plasmaschneidbrenner 55 angeordnete
Schutzkappe 50 enthalten, wobei ein erster Teil der Schutzkappe
spritzendem geschmolzenem Metall ausgesetzt ist (z. B. die dritte Fläche 125).
Die Schutzkappe 50 kann einen zweiten Teil enthalten, der
durch das aus der Kühlvorrichtung strömende Kühlmittel
direkt gekühlt
wird (z. B. die erste Fläche 115,
die zweite Fläche 70 oder
eine beliebige Kombination derselben), wobei der zweite Teil (z.
B. die erste Fläche 115,
die zweite Fläche 70 oder eine
beliebige Kombination derselben) in Wärmeverbindung mit dem ersten
Teil steht, der spritzendem geschmolzenem Metall ausgesetzt ist.
Ferner kann eine Dichtungsvorrichtung (z. B. die Dichtungsanordnung 60A oder 60B)
zum Zurückhalten
des aus der Kühlvorrichtung
strömenden
Kühlmittels
ausgebildet sein, wobei die Dichtungsvorrichtung zum Zurückhalten
des Kühlmittels,
das in Kontakt mit dem zweiten Teil der Schutzkappe ist, in dem
Plasmaschneidbrenner ausgebildet ist. Die Kühlvorrichtung kann ein Kältekompressor
sein. Bei einigen Ausführungsformen kühlt das
Kühlmittel
den zweiten Teil wiederholt (z. B. durch mehrmaliges Kühlen der
Schutzkappe, in mehreren Zyklen, etc.).
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5 ist
eine Zeichnung, die eine durch eine Flüssigkeit gekühlte Schutzkappe 130 gemäß einer veranschaulichenden
Ausführungsform
zeigt. Bei dieser Ausführungsform
strömt
die Flüssigkeit
aus der Zufuhr 135 durch einen Zufuhrkanal 140 durch ein
ringförmiges Kühlplenum 145,
wobei der Flüssigkeitsstrom
einen Teil einer äußeren Fläche 155 auf der
Schutzkappe kontaktkühlt
(z. B. durch Kühlen
eines Teils oder einer Fläche
durch Kontaktieren mit einem Kühlmittel
oder einem Kühlmedium).
Bei einigen Ausführungsformen
enthält
die Schutzkappe 130 einen Flansch 150, und der
Flüssigkeitsstrom
kühlt einen
Teil einer äußeren Fläche der
Schutzkappe 155 auf dem Flansch 150 durch einen
Kontakt. Bei dieser Ausführungsform
strömt
die Flüssigkeit
nach dem Kontaktkühlen
eines Teils einer äußeren Fläche der Schutzkappe 155 durch
einen Rückführkanal 160 aus
der Schutzkappe 130. Diese Ausführungsform kann einen konstanten
Flüssigkeitsstrom
um eine äußere Fläche der
Schutzkappe 130 erlauben.
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Bei
einigen Ausführungsformen
ist die äußere Fläche 155 der
Schutzkappe, die durch den Flüssigkeitsstrom
kontaktgekühlt
wird, relativ zu einem ersten Ende 161 der Schutzkappe 130 angeordnet. Bei
einigen Ausführungsformen
enthält
die Schutzkappe eine Fläche,
die spritzendem geschmolzenem Metall 165 ausgesetzt ist
und relativ zu einem zweiten Ende 162 (z. B. einem distalen
Ende) der Schutzkappe 130 angeordnet ist. Bei einigen Ausführungsformen
ist die äußere Fläche 155,
die durch den Flüssigkeitsstrom
kontaktgekühlt
wird, relativ zu der Fläche,
die dem spritzenden geschmolzenen Metall 165 ausgesetzt
ist, proximal angeordnet.
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Das
Zurückhalten
des Flüssigkeitsstroms
erlaubt das verlustfreie Kontaktkühlen der Schutzkappe 130 durch
den Flüssigkeitsstrom.
Die Schutzkappe 130 ist aus einem Material gebildet, das
ein gleichbleibendes Wärmemittel
(z. B. Metall) bereitstellt. Das Bereitstellen eines konstanten
Flüssigkeitsstroms,
der einen Teil einer äußeren Fläche der Schutzkappe
durch Wärmeleitung
(z. B. durch Kühlen,
das in einem Teil einer äußeren Fläche der Schutzkappe
mit einem Temperaturgradienten über dem
Teil einer äußeren Fläche der
Schutzkappe stattfindet) und wiederholt (z. B. durch mehrmaliges Kühlen der
Schutzkappe, in mehreren Zyklen, etc.) durch Kontakt kühlt, kühlt die
Fläche,
die spritzendem geschmolzenem Metall 165 ausgesetzt ist.
Das Bereitstellen des konstanten Flüssigkeitsstroms erlaubt das
rasche und wiederholte Kühlen
der Schutzkappe 130 (z. B. durch Kühlen durch Wärmeleitung)
zum Verhindern der Bildung von Schlacke auf einer Fläche der
Schutzkappe, die dem gespritzten geschmolzenen Metall 165 ausgesetzt
ist. Bei einigen Ausführungsbeispielen
hat der Flüssigkeitsstrom
eine Temperatur, die niedrig genug ist (z. B. weniger als etwa 15,56°C (60°F) oder 4,44°C (40°F), so dass
der Flüssigkeitsstrom
die Schutzkappe 130 durch Kontaktkühlen eines Teils einer äu ßeren Fläche der
Schutzkappe 155 und Abschrecken durch Wärmeleitung des Rests der Schutzkappe 130 abschreckt.
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Das
rasche Kühlen
einer Schutzkappe verhindert die Verbindung zwischen geschmolzenen Metall
und der Schutzkappe und/oder verhindert die Festigung der Verbindung
zwischen dem geschmolzenen Metall und der Schutzkappe. Das rasche
Abkühlen
der Schutzkappe kann beispielsweise ein Kühlen der Schutzkappe beinhalten,
das schnell genug ist, um geschmolzene Spritzer wiederholt zu kühlen (z.
B. durch mehrmaliges Kühlen
der Schutzkappe, in mehreren Zyklen, etc.), um i) die Verbindung von
geschmolzenem Metall mit der Schutzkappe zu verhindern oder ii)
zu verhindern, dass geschmolzenes Metall vor einer Verfestigung
des geschmolzenen Metalls in starken Kontakt mit der Schutzkappe kommt.
Das rasche Kühlen
der Schutzkappe kann Kontaktkühlen
von mindestens einem Teil einer Fläche der Schutzkappe oder Kühlen durch
Wärmeleitung
von Bereichen der Schutzkappe beinhalten. Das rasche Kühlen der
Schutzkappe kann Kühlen
der Schutzkappe, so dass die Schutzkappe durch Abführen der
Wärme aus
dem geschmolzenen Metall, das in Kontakt mit der Schutzkappe steht,
während
eines Spritzens von geschmolzenem Metall auf im Wesentlichen der
gleichen Temperatur bleibt. Das rasche Kühlen der Schutzkappe kann durch
die in den 1–5 beschriebenen
Ausführungsformen
erreicht werden.
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6 ist
eine grafische Darstellung 170, die die Schlackenansammlung
bei Lochstechprotokolltests unter Verwendung einer Schutzkappe gemäß einer
veranschaulichenden Ausführungsform
zeigt. Es wurden Lochstechprotokolltests durchgeführt, bei denen
die Anordnung aus der Schutzkappe und der äußeren Kappe jeweils nach 25
Durchlochungen gewogen wurde, als ein Indikator für die Menge
der Schlackenansammlung. Die Tests wurden unter Verwendung von 1–1/2'' schweißbarem Stahl (MS) durchgeführt. Die
x-Achse 175 der grafischen Darstellung gibt die Zahl von
Durchlochungen an, und die y-Achse 180 der grafischen Darstellung
gibt die Schlackenmasse an, die angesammelt wurde. Drei unterschiedliche
Werte für
die Volumenkühlmitteltemperatur
wurden verwendet: 57,22°C
(135°F), 29,44°C (85°F) und 3,33°C (38°F). Das Kühlfluid
war Wasser, und die 3,33°C
(38°F) wurden
als die untere Grenze für
die Temperatur, bei der Wasser verwendet werden kann, gewählt. Die
Leistung kann durch Verwendung von Zusatzstoffen oder auch anderer Flüssigkeiten
(z. B. Glykol) gesteigert werden. Die Protokolltestresultate zeigen,
dass das Kühlen
der Schutzkappe der Schutzkappe erlaubt hat, die 300 Durchlochungen
auszuhalten. Die grafische Darstellung 170 zeigt, dass,
als die Schutzkappe nicht gekühlt
wurde, die Schutzkappe geschmolzen ist, bevor 50 Durchlochungen
erreicht werden konnten. Die 3,33°C
(38°F) Wassertemperatur
resultierten in einer verringerten Schlackenmenge, die sich auf
der Schutzkappe angesammelt hat.
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7 ist
eine alternative grafische Darstellung 185, die die Daten
von 6 zeigt und Schlacke auf einer abgeschreckten
gegenüber
einer gekühlten Schutzkappe
bei Lochstechprotokolltests unter Verwendung einer Schutzkappe gemäß einer
veranschaulichenden Ausführungsform
zeigt. In 7 gibt die x-Achse 190 die
drei unterschiedlichen Werte der bei dem Durchstechprotokolltest
verwendeten Volumenkühlmitteltemperatur
an: 57,22°C
(135°F), 29,44°C (85°F) und 3,33°C (38°F). Die y-Achse 195 gibt
die Summe der während
300 Durchlochungen gemessenen Schlacke unter Verwendung der Schutzkappe
gemäß einer
veranschaulichenden Ausführungsform
an. Die grafische Darstellung 185 zeigt, dass eine niedrigere
Temperatur der gekühlten Schutzkappe
mit einer niedrigeren Summe einer während der 300 Durchlochungen
gemessenen Schlacke korreliert ist. Beispielsweise sammelte eine bei
57,22°C
(135°F)
gekühlte
Schutzkappe während der
300 Durchlochungen im Laufe der Lochstechprotokolltests insgesamt
198 Gramm Schlacke an. Eine bei 29,44°C (85°F) gekühlte Schutzkappe sammelte während der
300 Durchlochungen im Laufe der Lochstechprotokolltests insgesamt
175 Gramm Schlacke an. Im Vergleich dazu sammelte eine bei 3,33°C (38°F) heruntergekühlte Schutzkappe
während
der 300 Durchlochungen im Laufe der Lochstechprotokolltests insgesamt
31 Gramm Schlacke an.
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8 ist
eine Teilquerschnittszeichnung einer Anordnung von Verschleißteilen
für einen
Plasmaschneidbrenner 200 gemäß einer veranschaulichenden
Ausführungsform.
Der Plasmaschneidbrenner 200 kann eine Elektrode (z. B.
die Elektrode 85 von 4), eine
Schutzkappe 205, eine Düse 210, eine
Aufnahmekappe 215, die relativ zu der Düse 210 befestigt sein
kann, und eine Schutzkappenaufnahmekappe 220, die relativ
zu der Schutzkappe 205 befestigt sein kann, enthalten.
Der Plasmaschneidbrenner kann Flüssigkeitskühlmittelkanäle 225A, 225B und 230 enthalten.
Der Plasmaschneidbrenner kann ferner einen Gasstromkanal 235 aufweisen.
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Der
Plasmaschneidbrenner 200 kann einen Brennerkörper (z.
B. den Brennerkörper 80 von 4)
aufweisen, der einen Plasmagasströmungsweg zum Leiten eines Plasmagases
zu einer Plasmakammer, in der ein Plasmalichtbogen ausgebildet wird,
enthält.
Die Plas makammer kann zumindest teilweise durch die Elektrode und
eine Düse 210,
die zum Begrenzen der Plasmakammer relativ zu der Elektrode angeordnet
ist, begrenzt sein. Eine innere Aufnahmekappe (z. B. die Aufnahmekappe 215) kann
relativ zu der Düse 210 befestigt
sein. Bei einigen Ausführungsformen
ist eine Schutzkappe 205 relativ zu der Düse 210 angeordnet,
und eine äußere Aufnahmekappe
(z. B. die Schutzkappenaufnahmekappe 220) ist relativ zu
der Schutzkappe 205 befestigt.
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Die
Aufnahmekappe 215 (z. B. eine Düsenaufnahmekappe) kann ein äußeres Komponententeil 240 und
ein inneres Komponententeil 245 enthalten. Das äußere Komponententeil 240 kann
eine Innenfläche 250 und
eine Außenfläche 255 aufweisen.
Die Außenfläche 255 des äußeren Komponententeils kann
zumindest teilweise einen Flüssigkeitskühlmittelkanal 225A begrenzen.
Die Aufnahmekappe 215 kann ferner ein inneres Komponententeil 245 enthalten,
das umfangsseitig innerhalb des äußeren Komponententeils 240 angeordnet
ist. Das innere Komponententeil 245 kann eine Außenfläche 260 und eine
Innenfläche 265 aufweisen.
Die Innenfläche 265 des
inneren Komponententeils 245 kann relativ zu einer Düse 210 des
Plasmaschneidbrenners 200 befestigt sein.
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Der
Gasstromkanal 235 des Plasmaschneidbrenners 200 kann
zumindest teilweise durch die Innenfläche 250 des äußeren Komponententeils 240 und
die Außenfläche 260 des
inneren Komponententeils 245 der Aufnahmekappe 215 begrenzt
sein. Eine Öffnung 270 (z.
B. eine Austrittsöffnung)
kann an einem Ende des Gasstromkanals 235 angeordnet sein.
Die Öffnung 270 kann
zwischen der Innenfläche 250 des äußeren Komponententeils 240 und
der Außenfläche 260 des
inneren Komponententeils 245 der Aufnahmekappe 215 angeordnet
sein.
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Die
Innenfläche 265 des
inneren Komponententeils 245 kann zumindest teilweise einen
anderen Flüssigkeitskühlmittelkanal 230 begrenzen.
Bei einigen Ausführungsformen
kann die Innenfläche 265 des
inneren Komponententeils 245 eine Dichtungsanordnung 275 enthalten,
die ein Flüssigkeitskühlmittel
relativ zu einem Plasmaschneidbrennerkörper abdichtet. Die Innenfläche 265 des
inneren Komponententeils 245 und der Plasmaschneidbrennerkörper können zumindest
teilweise den Flüssigkeitskühlmittelkanal 230 begrenzen.
Die Außenfläche 255 des äußeren Komponententeils 240 und
eine Schutzkappenaufnahmekappe 220 (z. B. eine äußere Aufnahmekappe)
des Plasmaschneidbrenners 200 können zumindest teilweise den
Flüssigkeitskühlmittelkanal 225A begrenzen.
Bei einigen Ausführungsformen kann
der Flüs sigkeitskühlmittelkanal 225A in
Fluidverbindung mit dem Flüssigkeitskühlmittelkanal 230 stehen
(z. B. über
eine Fluidleitung, Durchgänge, Rohre,
etc. verbunden). Der Flüssigkeitskühlmittelkanal 225A kann
ein Zufuhrstrom eines Flüssigkeitskühlmittels
sein. Bei einigen Ausführungsformen kann
der Flüssigkeitskühlmittelkanal 225B ein
Rückführstrom
eines Flüssigkeitskühlmittels
sein. Der Gasstromkanal 235 kann einem Werkstück ein Schutzgas
zuführen.
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Bei
einigen Ausführungsformen
enthält
die Aufnahmekappe 215 eine Umhüllung (z. B. das äußere Komponententeil 240)
mit einer Außenfläche (z. B.
der Außenfläche 255),
die zumindest teilweise den Flüssigkeitskühlmittelkanal 225A begrenzt.
Die Aufnahmekappe 215 kann eine Buchse (z. B. ein inneres Komponententeils 245)
enthalten, die umfangsseitig innerhalb der Ummantelung angeordnet
ist. Die Buchse kann eine Innenfläche (z. B. die Innenfläche 265 des
inneren Komponententeils) enthalten, die zumindest teilweise den
Flüssigkeitskühlmittelkanal 230 begrenzt.
Die Aufnahmekappe 215 kann einen Gasstromkanal 235 enthalten,
der zumindest teilweise durch die Ummantelung und die Buchse begrenzt ist
und sich zwischen denselben befindet.
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Eine
Schutzkappenaufnahmekappe 220 kann ein äußeres Komponententeil 280 und
ein inneres Komponententeil 285 enthalten. Das äußere Komponententeil 280 der
Schutzkappenaufnahmekappe 220 kann eine Innenfläche 290 und
eine Außenfläche 295 enthalten.
Das innere Komponententeil 285 kann umfangsseitig innerhalb
des äußeren Komponententeils 280 angeordnet
sein. Das innere Komponententeil 285 kann eine Innenfläche 300 und
eine Außenfläche 305 aufweisen.
Mindestens entweder das innere Komponententeil 285 oder das äußere Komponententeil 280 können relativ
zu einer Schutzkappe 205 befestigt sein.
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Der
Flüssigkeitskühlmittelkanal 225A kann zumindest
teilweise durch einen Teil der Innenfläche 300 des inneren
Komponententeils 285 der Schutzkappenaufnahmekappe 220 begrenzt
sein. Bei einigen Ausführungsformen
begrenzen die Innenfläche 300 des
inneren Komponententeils 285 und eine Aufnahmekappe 215 (z.
B. die innere bzw. die Düsenaufnahmekappe)
zumindest teilweise den Flüssigkeitskühlmittelkanal 225A.
Der Flüssigkeitskühlmittelkanal 225B kann
zumindest teilweise durch die Außenfläche 305 des inneren
Komponententeils 285 und die Innenfläche 290 des äußeren Komponententeils 280 der
Schutzkappenaufnahmekappe 220 begrenzt sein. Bei einigen
Ausführungsformen
bilden der Flüssigkeitskühl mittelkanal 225A und 225B jeweils
einen ersten Teil eines Flüssigkeitskühlmittelkanals
und einen zweiten Teil des gleichen Kanals. Bei einigen Ausführungsformen
leiten die Flüssigkeitskühlmittelkanäle 225A und 225B ein
Kühlmittel
zu der Schutzkappe 205. Der Flüssigkeitskühlmittelkanal 225A kann
als ein Pfad für
einen Kühlmittelzufuhrstrom
dienen, und der Flüssigkeitskühlmittelkanal 225B kann als
ein Pfad zum Leiten eines Kühlmittelrückführstroms
dienen. Die Schutzkappenaufnahmekappe 220 kann ferner eine Öffnung 310 an
einem Ende des Flüssigkeitskühlmittelkanals 225A und/oder 225B enthalten.
Die Öffnung 310 kann
zwischen der Außenfläche 305 des
inneren Komponententeils 285 und der Innenfläche 290 des äußeren Komponententeils 280 der
Schutzkappenaufnahmekappe 220 angeordnet sein. Die Öffnung 310 kann
an einem Ende von mindestens entweder dem äußeren Komponententeil 280 oder
dem inneren Komponententeil 285 der Schutzkappenaufnahmekappe 220 angeordnet
sein.
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Bei
einigen Ausführungsformen
kann die Schutzkappenaufnahmekappe 220 eine Ummantelung
(z. B. das äußere Komponententeil 280 der Schutzkappenaufnahmekappe 220)
und eine Buchse (z. B. das innere Komponententeil 285 der
Schutzkappenaufnahmekappe 220) enthalten. Die Buchse der
Schutzkappenaufnahmekappe 220 kann umfangsseitig innerhalb
einer Innenfläche
der Ummantelung (z. B. der Innenfläche 300 des inneren
Komponententeils 285 der Schutzkappenaufnahmekappe 220)
angeordnet sein. Der Flüssigkeitskühlmittelkanal 225A kann
zumindest teilweise durch eine Innenfläche der Buchse begrenzt sein.
Der Flüssigkeitskühlmittelkanal 225B kann
zumindest teilweise durch einen Teil der Innenfläche der Ummantelung und einen
Teil einer Außenfläche der
Buchse (z. B. der Außenfläche 305 des
inneren Komponententeils 285 der Schutzkappenaufnahmekappe 220)
begrenzt sein.
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Das
Kühlen
eines Plasmaschneidbrenners kann das Leiten des Flüssigkeitskühlmittels
zu einer Elektrode (z. B. der Elektrode 85 von 4),
das Leiten des Flüssigkeitskühlmittels
zu einer Düse 210 durch
einen ersten Flüssigkeitskühlmittelkanal
(z. B. den Flüssigkeitskühlmittelkanal 230),
der zumindest teilweise durch eine erste Aufnahmekappe (z. B. die Aufnahmekappe 215)
begrenzt ist, und das Leiten des Flüssigkeitskühlmittels von der Düse 210 zu
einer Schutzkappe 205 durch einen zweiten Flüssigkeitskühlmittelkanal
(z. B. den Flüssigkeitskühlmittelkanal 225A und/oder 225B),
der zumindest teilweise durch eine zweite Aufnahmekappe (z. B. die
Schutzkappenaufnahmekappe 220) begrenzt ist, beinhalten.
Alternativ kann bei einigen Ausführungsformen die
Reihenfolge, in der das Kühlmittel
zu der Elektrode, der Düse
und der Schutzkappe geleitet wird, umgekehrt oder neu angeordnet
sein.
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9 ist
eine Schnittzeichnung von Verschleißteilen eines Plasmaschneidbrenners 315 gemäß einer
veranschaulichenden Ausführungsform. Der
Plasmaschneidbrenner kann eine Aufnahmekappe 215 und eine
Schutzkappenaufnahmekappe 220 enthalten, die Kühlmittelkanäle 225A, 225B und
einen Gasstromkanal 235 begrenzen können.
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Die
Aufnahmekappe 215 kann ein äußeres Komponententeil 240 und
ein inneres Komponententeil 245 enthalten. Das innere Komponententeil 245 der
Aufnahmekappe 215 kann eine Innenfläche 265 und eine Außenfläche 260 enthalten.
Das äußere Komponententeil 240 der
Aufnahmekappe 215 kann eine Innenfläche 250 und eine Außenfläche 255 enthalten.
Die Innenfläche 265 des
inneren Komponententeils 245 kann einen Teil eines Flüssigkeitskühlmittelkanals
(z. B. des Flüssigkeitskühlmittelkanals 230 in
der vorhergehenden 8) begrenzen. Der Gasstromkanal 235 kann
zwischen dem äußeren Komponententeil 240 und
dem inneren Komponententeil 245 der Aufnahmekappe 215 angeordnet
sein oder durch dieselben begrenzt sein.
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Die
Schutzkappenaufnahmekappe 220 kann ferner ein äußeres Komponententeil 280 und
ein inneres Komponententeil 285 enthalten. Das äußere Komponententeil 280 der
Schutzkappenaufnahmekappe 220 kann eine Außenfläche 295 und
eine Innenfläche 290 enthalten.
Das innere Komponententeil 285 der Schutzkappenaufnahmekappe 220 kann
eine Außenoberfläche 305 und
eine Innenoberfläche 300 enthalten.
Ein aus den Flüssigkeitskühlmittelkanälen 225A und 225B gebildeter
Flüssigkeitskühlmittelkanal
kann durch das äußere Komponententeil 280 und
das innere Komponententeil 285 der Schutzkappenaufnahmekappe 220 ausgebildet sein.
Der Flüssigkeitskühlmittelkanal 225A kann
zumindest teilweise durch das innere Komponententeil 285 der
Schutzkappenaufnahmekappe 220 und ein äußeres Komponententeil 240 einer
Düsenaufnahmekappe
(z. B. der Aufnahmekappe 215) ausgebildet sein. Der Flüssigkeitskühlmittelkanal 225B kann zwischen
dem äußeren Komponententeil 280 und dem
inneren Komponententeil 285 der Schutzkappenaufnahmekappe 220 angeordnet
sein und durch dieselben begrenzt sein.
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Die
Schutzkappenaufnahmekappe 220 kann einen im Wesentlichen
zylindrischen Körper
(z. B. einen aus dem äußeren Komponententeil 280 und
dem inneren Komponententeil 285 gebildeten Körper) enthalten,
der zum Aufnehmen einer Schutzkappe 205 des Plasmaschneidbrenners
dimensioniert ist. Die Schutzkappenaufnahmekappe 220 kann
einen Flüssigkeitskühlmittelkanal
(der z. B. die Flüssigkeitskühlmittelkanäle 225A und 225B beinhaltet)
enthalten, der durch den im Wesentlichen zylindrischen Körper begrenzt
ist. Bei einigen Ausführungsformen
wird ein Flüssigkeitskühlmittel über den
Flüssigkeitskühlmittelkanal 225A zugeführt, trifft
auf einen Teil der Schutzkappe 205 (z. B. den Flansch der
Schutzkappe) und wird über
den Flüssigkeitskühlmittelkanal 225B zurückgeführt. Der
Flüssigkeitskühlmittelkanal kann
einen Rückführpfad (z.
B. den Flüssigkeitskühlmittelkanal 225B)
und einen Zufuhrpfad (z. B. den Flüssigkeitskühlmittelkanal 225A)
enthalten, der ein Kühlmittel
zum Auftreffen auf einem sich umfangsseitig erstreckenden Teil 320 der
Schutzkappe leitet. Die Temperatur des auf die Schutzkappe 205 auftreffenden
Kühlmittels
kann an jedem Punkt entlang des sich umfangsseitig erstreckenden
Teils der Schutzkappe 320 gleichbleibend sein.
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Bei
einigen Ausführungsformen
enthält
der im Wesentlichen zylindrische Körper ein im Wesentlichen zylindrisches äußeres Komponententeil
(z. B. das äußere Komponententeil 280)
und ein im Wesentlichen zylindrisches inneres Komponententeil (z. B.
das innere Komponententeil 285), das innerhalb des äußeren Komponententeils
angeordnet ist. Der Zufuhrpfad des Flüssigkeitskühlmittelkanals (z. B. der Flüssigkeitskühlmittelkanal 225A)
kann zumindest teilweise durch eine Innenfläche (z. B. die Innenfläche 300)
des im Wesentlichen zylindrischen inneren Komponententeils ausgebildet
sein. Bei einigen Ausführungsformen
ist der Rückführpfad (z.
B. der Flüssigkeitskühlmittelkanal 225B)
des Flüssigkeitskühlmittelkanals
zumindest teilweise durch eine Außenfläche (z. B. die Außenfläche 305 des
inneren Komponententeils) des im Wesentlichen zylindrischen inneren
Komponententeils und eine Innenfläche (z. B. die Innenfläche 290 des äußeren Komponententeils)
des im Wesentlichen zylindrischen äußeren Komponententeils ausgebildet.
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Während die
Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf spezifische veranschaulichende Ausführungsformen
gezeigt und beschrieben wurde, versteht sich von selbst, dass verschiedene Änderungen
der Form und von Details vorgenommen werden können, ohne von dem Geist und
dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.