DE19842074B4 - Anode for plasma application torches - Google Patents

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Abstract

Anode für Plasmaauftragsbrenner zur Bodenbeschichtung enger und tiefer Sacklöcher, bestehend aus einem schlankzylindrischen Anodenkörper (1) mit Anschlußflansch (2), von dem aus um eine die Kathodennadel (3) aufnehmende Zentralbohrung (4) weitere, im wesentlichen axial orientierte Betriebsmittelbohrungen (5) zur Anodenspitze (6) geführt sind, die als separater Spitzenansatz (6') in bohrungsfluchtender Position und mit Radialführung (7) am mit einer entsprechenden Radialführung (7') versehenen Ende (8) des Anodenkörpers (1) angeordnet ist, wobei zwischen dem Ende (8) des Anodenkörpers (1) und dem Spitzenansatz (6') mindestens ein entsprechende Bohrungen (4, 5) aufweisendes Verlängerungsstück (9) angeordnet ist, an einem Ende (9') eine Positivradialführung (10) und am anderen Ende (9'') eine Negativradialführung (10') aufweist und an beiden Enden (9', 9'') Mittel (11) zur bohrungsgerechten Zuordnung des Verlängerungsstückes (9) zum Anodenkörper (1) und des Spitzenansatzes (6') zum Verlängerungsstück (9).Anode for plasma application torch for bottom coating of narrow and deep blind holes, consisting of a slim cylindrical anode body (1) with a connecting flange (2), from which around a central bore (4) receiving the cathode needle (3) further, essentially axially oriented operating device bores (5) Anode tip (6) are guided, which is arranged as a separate tip attachment (6 ') in the bore-aligned position and with radial guide (7) at the end (8) of the anode body (1) provided with a corresponding radial guide (7'), between the end (8) of the anode body (1) and the tip attachment (6 ') at least one corresponding extension piece (9) having bores (4, 5) is arranged, at one end (9') a positive radial guide (10) and at the other end (9 '') has a negative radial guide (10 ') and at both ends (9', 9 '') means (11) for drilling-related assignment of the extension piece (9) to the anode body (1) and the tip attachment (6 ') to the extension piece (9).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Anode für Plasmaauftragsbrenner zur Bodenbeschichtung enger und tiefer Sacklöcher, bestehend aus einem schlank-zylindrischen Anodenkörper mit Anschlußflansch, von dem aus um eine die Kathodennadel aufnehmende Zentralbohrung weitere, im wesentlichen axial orientierte Betriebsmittelbohrungen zur Anodenspitze geführt sind, die als separater Spitzenansatz in bohrungsfluchtender Position und mit Radialführung am mit einer entsprechenden Radialführung versehenen Ende des Anodenkörpers angeordnet ist.The invention relates to an anode for plasma application torches for coating narrow and deep blind holes, consisting of a slim cylindrical anode body with connecting flange, from which around a central bore receiving the cathode needle further, essentially axially oriented equipment bores led to the anode tip are as a separate tip in the bore aligned position and with radial guidance arranged at the end of the anode body provided with a corresponding radial guide is.

Derartige Anoden für Plasmaauftragsbrenner sind hinlänglich bekannt und in Benutzung, so daß es diesbezüglich an sich keines besonderen druckschriftlichen Nachweises bedarf. Hingewiesen sei jedoch auf die Vergleichsfiguren 7A-7C, die eine Anode der eingangs genannten, also bekannten Art zeigen, und auch bspw. die DE 196 08 554 C1 und die DE 36 42 375 A1 .Such anodes for plasma application torches are well known and in use, so that in this regard no special printed evidence is required per se. However, reference should be made to the comparative figures 7A-7C, which show an anode of the type mentioned at the outset, that is to say known, and also, for example DE 196 08 554 C1 and the DE 36 42 375 A1 ,

Um Auftragsbeschichtungen am Boden auch enger und tiefer Sacklöcher oder an tieferen Rezessen von Bohrungen vornehmen zu können, müssen diese Anoden schlank-zylindrisch ausgebildet sein, d.h., Anoden bekannter Art haben bspw. einen Außendurchmesser von 10 mm und eine maximale Länge von ca. 100 mm, wobei die maximale Länge, die bislang nicht überschritten werden konnte, ihren Grund darin hat, daß die notwendigen Bohrungen für die Betriebsmittel (Schutzgas, Brenngas, Kühlmittel, Auftragspulver) bei größeren Längen des Anodenkörpers selbst mit besonderen Hilfsmitteln und Werkzeugen nicht mehr verlaufsgenau in den Anodenkörper eingebracht werden können. Hohe Verlaufsgenauigkeit ist jedoch nicht nur wegen der notwendigen genauen Bohrungsfluchtung zwischen Ende Anodenkörper und Spitzenansatz erforderlich, sondern auch mit Rücksicht auf den geringen Querschnitt des Anodenkörpers, auf den die Bohrungen verteilt untergebracht werden müssen, wobei zu berücksichtigen ist, daß als Restwandstärken zum Teil nur wenige zehntel Millimeter zur Verfügung stehen, was bedeutet, daß erwartbare Bohrungsverläufe bei Anodenkörperlängen von 100 mm und mehr nicht hingenommen werden können. Die Direktauf bringung verschleißfester Beschichtungen mittels Plasmaauftragsbrennern auf Böden von engen Sacklöchern, wie auch immer diese im einzelnen gestaltet und für welche konstruktiven Zwecke diese bestimmt sein mögen, fand also bislang ihre Grenze in der bzgl. exakter Bohrungsanbringung noch herstellbaren Länge der Anodenkörper von Plasmaauftragsbrennern. Um überhaupt tiefere Sacklöcher am Boden beschichten zu können, mußte deshalb mit das Auftragsmaterial darstellenden, per se entsprechend langen Elektroden gearbeitet werden, wobei aber praktisch der Auftrag "blind" und ohne Schutzgas durchgeführt werden mußte. Unter Berücksichtigung dieser Gesamtproblematik sind die Plasmabrenner nach den genannten DE 196 08 554 C1 und DE 36 42 375 A1 dafür weder geeignet noch konzipiert.In order to be able to apply coatings on the bottom of narrow and deep blind holes or at deeper recesses of bores, these anodes have to be slim-cylindrical, i.e. anodes of a known type have, for example, an outer diameter of 10 mm and a maximum length of approx. 100 mm , the maximum length that could not be exceeded so far is due to the fact that the necessary holes for the equipment (protective gas, fuel gas, coolant, application powder) with longer lengths of the anode body, even with special aids and tools, are no longer accurate in the Anode body can be introduced. However, a high level of accuracy is required not only because of the necessary exact hole alignment between the end of the anode body and the tip attachment, but also with regard to the small cross-section of the anode body over which the holes have to be distributed, whereby it must be taken into account that only a few are used as residual wall thicknesses tenths of a millimeter are available, which means that expected hole patterns cannot be accepted with anode body lengths of 100 mm and more. The direct application of wear-resistant coatings by means of plasma application torches on the bottoms of narrow blind holes, however this is designed in detail and for which structural purposes these may be intended, has so far been limited in the length of the anode bodies of plasma application torches that can still be produced with regard to exact drilling. In order to be able to coat deeper blind holes on the floor at all, it was therefore necessary to work with electrodes which are per se correspondingly long, but in practice the application had to be carried out “blindly” and without protective gas. Taking this overall problem into account, the plasma torches are according to the named DE 196 08 554 C1 and DE 36 42 375 A1 neither suitable nor designed for it.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, Anoden der eingangs genannten Art und für den genannten Zweck dahingehend zu verbessern und auszubilden, daß trotz größerer d.h., bisherige Längen überschreitender Längen exakte Bohrungsverläufe im Anodenkörper gewährleistet sind.The invention is accordingly based on the object Anodes of the type mentioned and for the purpose mentioned to improve and train that, despite larger, i.e., longer lengths lengths exact hole patterns in the anode body guaranteed are.

Diese Aufgabe ist mit einer Anode der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen dem Ende des Anodenkörpers und dem Spitzenansatz mindestens ein entsprechende Bohrungen aufweisendes Verlängerungsstück angeordnet ist, das an einem Ende eine Positivradialführung und am anderen Ende eine Negativradialführung aufweist und an beiden Enden Mittel zur bohrungsgerechten Zuordnung des Verlängerungsstückes zum Anodenkörper und des Spitzenansatzes zum Verlängerungsstück.This task is with an anode of the type mentioned according to the invention in that between the end of the anode body and the tip attachment has at least one corresponding bore Extension piece arranged is that at one end a positive radial guide and at the other end one Negative radial guide has and at both ends means for drilling-related assignment of the extension piece for anode body and the tip attachment to the extension piece.

Vorteilhafte noch näher zu erläuternde Weiterbildungen ergeben sich nach den Unteransprüchen.Advantageous to be explained in more detail Further training results from the subclaims.

Durch die erfindungsgemäße Lösung und den damit allerdings etwas größeren Mehraufwand, nämlich Separatherstellung mindestens eines Verlängerungsstückes, können Anoden zur Verfügung gestellt werden, die wesentlich größere Längen haben können als die bislang verfügbaren Anoden für Plasmaauftragsbrenner.By the solution according to the invention and the however, this means a little more effort, namely separate production at least one extension piece can anodes made available that are much longer can than the previously available Anodes for plasma application torches.

Die erfindungsgemäße Anode wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The anode according to the invention is described below the graphic representation of exemplary embodiments explained in more detail.

Es zeigtIt shows

1 einen Längsschnitt durch die Anode mit eingesetzter Kathodennadel; 1 a longitudinal section through the anode with inserted cathode needle;

2 eine Flanschansicht des Anodenkörpers; 2 a flange view of the anode body;

3 eine Einzeldarstellung des Verlängerungsstückes im Schnitt; 3 a detailed view of the extension piece in section;

4 einen Schnitt durch die Kathodennadel längs Linie III-III in 2 4 a section through the cathode needle along line III-III in 2

5 die Anschlußseite des Spitzenansatzes; 5 the connection side of the tip attachment;

6A,B Schnitte durch den Spitzenansatz längs Linien A – B und A – C und 6A . B Cuts through the apex along lines A - B and A - C and

7A-7C eine Vergleichsdarstellung einer bekannten Anode in Flanschansicht (A) und als Schnitte längs der Linien A – C und B – C. 7A-7C a comparison of a known anode in flange view (A) and as sections along the lines A - C and B - C.

Unter Verweis auf 7A bis 7C besteht die Anode nach wie vor aus einem schlank-zylindrischen Anodenkörper 1 mit Anschlußflansch 2, von dem aus um eine die Kathodennadel aufnehmende Zentralbohrung 4 weitere, im wesentlichen axial orientierte Betriebsmittelbohrungen 5 zur Anodenspitze 6 geführt sind, die als separater Spitzenansatz 6' in bohrungsfluchtender Position und mit Radialführung 7 am mit einer entsprechenden Radialführung 7' versehenen Ende 8 des Anodenkörpers 1 angeordnet ist.With reference to 7A to 7C the anode still consists of a slim cylindrical anode body 1 with connecting flange 2 . from which around a central bore receiving the cathode needle 4 further, essentially axially oriented equipment bores 5 to the anode tip 6 are led as a separate lace approach 6 ' in bore-aligned position and with radial guidance 7 am with an appropriate radial guide 7 ' provided end 8th of the anode body 1 is arranged.

Für diese Anode ist nun unter Bezug auf 1 wesentlich, daß zwischen dem Ende 8 des Anodenkörpers 1 und dem Spitzenansatz 6' mindestens ein entsprechende Bohrungen 4, 5 aufweisendes Verlängerungsstück 9 angeordnet ist, das an einem Ende 9' eine Positivradialführung 10 und am anderen Ende 9'' eine Negativradialführung 10' aufweist und an beiden Enden 9', 9'' Mittel 11 zur bohrungsgerechten Zuordnung des Verlängerungsstückes 9 zum Anodenkörper 1 und des Spitzenansatzes 6' zum Verlängerungsstück 9.For this anode is now referring to 1 essential that between the end 8th of the anode body 1 and the lace approach 6 ' at least one corresponding hole 4 . 5 having extension piece 9 is arranged at one end 9 ' a positive radial guide 10 and at the other end 9 '' a negative radial guide 10 ' has and at both ends 9 ' . 9 '' medium 11 for the correct assignment of the extension piece 9 to the anode body 1 and the lace approach 6 ' to the extension piece 9 ,

Das problemlos bezüglich "verlaufsfreier" Bohrungen 4, 5 herstellbare Verlängerungsstück 9 ist in 3 nochmals separat dargestellt, bei dem in bevorzugter Ausführungsform die Mittel 11 zur bohrungsgerechten Zuordnung aus Sackbohrungen 11' und darin angeordneten Stiften 11'' (siehe 1) gebildet sind.The problem with regard to "smooth" bores 4 . 5 producible extension piece 9 is in 3 again shown separately, in which in a preferred embodiment the means 11 for hole-based assignment from blind holes 11 ' and pins arranged therein 11 '' (please refer 1 ) are formed.

Bevorzugt wird diese Ausführungsform deshalb, weil sie am einfachsten herstellbar ist, denn andere, ohne weiteres vorstellbare "Fluchtungsmittel", bspw. Nut- und Federausbildungen mit Kleinstabmessungen, würden einen wesentlich größeren Aufwand verlangen.This embodiment is preferred because it is easiest to manufacture, because others without further imaginable "alignment means", for example Spring training with small rod measurements would be a much greater effort desire.

Der eigentliche Anodenkörper 1, den es zu verlängern gilt, ist, wie bisher auch schon, ebenso bzgl. verlaufsfreier Bohrungen problemlos herzustellen, was aber nicht mehr gewährleistet wäre, wenn der Anodenkörper 1 die in 1 dargestellte Gesamtlänge der Anode hätte.The actual anode body 1 , which needs to be extended, can, as before, also be produced without problems with regard to smooth bores, but this would no longer be guaranteed if the anode body 1 in the 1 total length of the anode shown.

Nach dem Zusammenstecken der Einzelteile, d.h., des Anodenkörpers 1, des Verlängerungsstückes 9 und des Spitzenansatzes 6' mit Hilfe entsprechender Verstiftung der Sackbohrungen 11'. was keiner näheren Erläuterung bedarf, werden diese Teile einem Lötprozeß unterworfen, und die ganze Anode wird überdreht und gegf. überschliffen.After the individual parts have been put together, ie the anode body 1 , the extension piece 9 and the lace approach 6 ' with the appropriate pinning of the blind holes 11 ' , What requires no further explanation, these parts are subjected to a soldering process, and the entire anode is turned over and countered. reground.

Insbesondere mit Rücksicht auf die damit erreichte relativ große Länge, die besonders leicht dazu führt, daß die Anode bei ihrer Handhabung mit den Bohrungswandungen oder Öffnungsrändern in Berührung kommt, ist vorteilhaft vorgesehen, den Anodenkörper 1 einschließlich seines mindestens einen Verlängerungsstückes 9 und seines Flansches 2 mit einer elektrisch- und wärmeisolierenden Außenbeschichtung 12 auszustatten, wie in 1 strichpunktiert angedeutet. Dafür kommen keramische Legierungen wie Aluminiumoxid, Aluminiumtitanoxid, Zirkonoxid usw. in Frage. Dadurch wird verhindert, daß beim Berühren der Plasmaanode mit dem Werkstück der Plasmalichtbogen erlischt, d.h., der Schweißprozeß kann unbeeinflußt weitergeführt werden.The anode body is advantageously provided, in particular in view of the relatively large length achieved thereby, which particularly easily leads to the anode coming into contact with the bore walls or opening edges during its handling 1 including its at least one extension piece 9 and its flange 2 with an electrical and heat-insulating outer coating 12 equip as in 1 indicated by dash-dotted lines. Ceramic alloys such as aluminum oxide, aluminum titanium oxide, zirconium oxide, etc. are suitable for this. This prevents the plasma arc from extinguishing when the plasma anode touches the workpiece, ie the welding process can continue unaffected.

Durch die per Verlängerungsstück 9 verlängerte Anode muß natürlich auch eine entsprechend lange Kathodennadel 3 vorgesehen bzw. in die Zentralbohrung 4 der Anode eingeführt werden. Derartige in der Regel aus Wolfram bestehende Nadeln sind aufgrund ihres Herstellungsprozesses nicht absolut gerade, werden aber im Brenner geführt und gespannt gehalten, was bei relativ kurzen Anoden auch ausreicht und zu einer weitgehend zentralen Positionierung der Kathodenspitze führt.By using an extension piece 9 extended anode must of course also have a correspondingly long cathode needle 3 provided or in the central bore 4 the anode. Such needles, which are generally made of tungsten, are not absolutely straight due to their manufacturing process, but are guided and kept taut in the burner, which is also sufficient with relatively short anodes and leads to a largely central positioning of the cathode tip.

Bei den nunmehr wesentlich längeren Anoden besteht nun die Gefahr, daß die Wolframnadelspitze nicht mehr im Zentrum der Plasmaanodenspitze plaziert ist. Der Lichtbogen brennt dann einseitig zwischen Wolframnadel und Plasmaanode und verkürzt damit erheblich die Lebensdauer der Plasmaanode.With the now much longer anodes there is now a risk that the Tungsten needle tip no longer in the center of the plasma anode tip is placed. The arc then burns on one side between the tungsten needle and plasma anode and shortened thus significantly the life of the plasma anode.

Aus diesem Grunde besteht eine vorteilhafte und bevorzugte Weiterbildung unter Verweis auf 1 und 4 darin, daß die in der Zentralbohrung 4 angeordnete Kathodennadel 3 in mindestens einem Teilbereich ihrer Länge mit einer thermisch aufgetragenen, zu Zentrierstützen 13 ausgebildeten Keramikbeschichtung 14 versehen ist. Diese Zentrierstützen 13 entstehen einfach durch entsprechendes Formbeschleifen einer zunächst rundum aufgetragenen Keramikschicht, was wesentlich kostengünstiger zu verwirklichen ist, als paßgerechte, kurze Zentrierhülsen aus Keramik herzustellen und zu verwenden. Die durch das Beschleifen entstehenden Freiräume 13' zwischen den Zentrierstützen 13 sind erforderlich, um das durch die Zentralbohrung 4 zugeführte Plasmagas passieren lassen zu können.For this reason, there is an advantageous and preferred further development with reference to 1 and 4 in that in the central bore 4 arranged cathode needle 3 in at least a part of its length with a thermally applied centering support 13 trained ceramic coating 14 is provided. These centering supports 13 are created simply by appropriate shaping of an initially applied ceramic layer all around, which is much cheaper to implement than producing and using short, correct centering sleeves made of ceramic. The free spaces created by grinding 13 ' between the centering supports 13 are required to go through the central hole 4 to be able to pass supplied plasma gas.

Unter Verweis auf die 5 und 6A, 6B besteht ferner eine Weiterbildung darin, daß im axial verstärkt bemessenen Spitzenansatz 6' ein mit Kühlmittelbohrungen 5' in Verbindung stehender Kühlkanal 15 angeordnet ist.Referring to the 5 and 6A . 6B there is also a further development that in the axially reinforced dimensioned tip approach 6 ' one with coolant holes 5 ' related cooling duct 15 is arranged.

Bezüglich "axial verstärkt bemessen" wird auf die Vergleichs- 7B bzw. 7C verwiesen, die deutlich machen, daß bislang der Kühlkanal 15 am Ende 8 des Anodenkörpers 1 eingeschnitten und durch eine relativ dünne Scheibe als Spitzenansatz 6' verschlossen war. Demgegenüber ist nunmehr der Spitzenansatz 6' in axialer Erstreckung wesentlich stärker bemessen, so daß nunmehr der Kühlkanal 15 im Spitzenansatz 6' angeordnet werden kann und nicht etwa im Verlängerungsstück 9 angeordnet werden muß, zumal ja zu berücksichtigen ist, daß erforderlichenfalls in einer Anode zwei Verlängerungsstücke 9 vorzusehen sind.Regarding "axially reinforced dimensioning", reference is made to the comparison 7B respectively. 7C referenced, which make it clear that so far the cooling channel 15 at the end 8th of the anode body 1 incised and through a relatively thin disc as a tip attachment 6 ' was locked. In contrast, is now the top approach 6 ' dimensioned much stronger in the axial extent, so that now the cooling channel 15 in the tip approach 6 ' can be arranged and not in the extension piece 9 must be arranged, especially since it must be taken into account that, if necessary, two extension pieces in one anode 9 are to be provided.

Claims (4)

Anode für Plasmaauftragsbrenner zur Bodenbeschichtung enger und tiefer Sacklöcher, bestehend aus einem schlankzylindrischen Anodenkörper (1) mit Anschlußflansch (2), von dem aus um eine die Kathodennadel (3) aufnehmende Zentralbohrung (4) weitere, im wesentlichen axial orientierte Betriebsmittelbohrungen (5) zur Anodenspitze (6) geführt sind, die als separater Spitzenansatz (6') in bohrungsfluchtender Position und mit Radialführung (7) am mit einer entsprechenden Radialführung (7') versehenen Ende (8) des Anodenkörpers (1) angeordnet ist, wobei zwischen dem Ende (8) des Anodenkörpers (1) und dem Spitzenansatz (6') mindestens ein entsprechende Bohrungen (4, 5) aufweisendes Verlängerungsstück (9) angeordnet ist, an einem Ende (9') eine Positivradialführung (10) und am anderen Ende (9'') eine Negativradialführung (10') aufweist und an beiden Enden (9', 9'') Mittel (11) zur bohrungsgerechten Zuordnung des Verlängerungsstückes (9) zum Anodenkörper (1) und des Spitzenansatzes (6') zum Verlängerungsstück (9).Anode for plasma deposition torch for coating narrow and deep blind holes, consisting of a slim cylindrical anode body ( 1 ) with connecting flange ( 2 ), around which the cathode needle ( 3 ) receiving central bore ( 4 ) further, essentially axially oriented equipment bores ( 5 ) to the anode tip ( 6 ), which are a separate tip approach ( 6 ' ) in bore-aligned position and with radial guidance ( 7 ) with an appropriate radial guide ( 7 ' ) provided end ( 8th ) of the anode body ( 1 ) is arranged, between the end ( 8th ) of the anode body ( 1 ) and the lace approach ( 6 ' ) at least one corresponding hole ( 4 . 5 ) extension piece ( 9 ) is arranged at one end ( 9 ' ) a positive radial guide ( 10 ) and at the other end ( 9 '' ) a negative radial guide ( 10 ' ) and at both ends ( 9 ' . 9 '' ) Medium ( 11 ) for the correct assignment of the extension piece ( 9 ) to the anode body ( 1 ) and the tip approach ( 6 ' ) to the extension piece ( 9 ). Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenkörper (1) einschließlich seines mindestens einen Verlängerungstückes (9) und seines Flansches (2) mit einer elektrisch- und wärmeisolierenden Außenbeschichtung (12) versehen ist.Anode according to claim 1, characterized in that the anode body ( 1 ) including its at least one extension piece ( 9 ) and its flange ( 2 ) with an electrical and heat-insulating outer coating ( 12 ) is provided. Anode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Zentralbohrung (4) angeordnete Kathodennadel (3) in mindestens einem Teilbereich ihrer Länge mit einer thermisch aufgetragenen, zu Zentrierstüt zen (13) ausgebildeten Keramikbeschichtung versehen ist. 4, Anode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (11) zur bohrungsgerechten Zuordnung aus Sackbohrungen (11') und darin angeordneten Stiften (11'') gebildet sind.Anode according to claim 1 or 2, characterized in that the in the central bore ( 4 ) arranged cathode needle ( 3 ) in at least a part of its length with a thermally applied centering support ( 13 ) trained ceramic coating is provided. 4, anode according to one of claims 1 to 3, characterized in that the means ( 11 ) for hole-appropriate assignment from blind holes ( 11 ' ) and pins arranged in it ( 11 '' ) are formed. Anode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im axial verstärkt bemessenen Spitzenansatz (6') ein mit Kühlmittelbohrungen (5') in Verbindung stehender Kühlkanal (15) angeordnet ist.Anode according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the axially reinforced dimensioned tip attachment ( 6 ' ) one with coolant holes ( 5 ' ) related cooling duct ( 15 ) is arranged.
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