DD277028A1 - Vorrichtung zum lichtbogenschmelzschneiden nichtmetallischer werkstoffe grosser dicke - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lichtbogenschmelzschneiden nichtmetallischer Werkstoffe grosser Dicke zum Trennen oder Herausschneiden von Bauwerksteilen aus Beton oder anderen nichtmetallischen Baustoffen. Durch die Anordnung einer in einer Huelse gefuehrten Kohleelektrode zu einer Elektrode aus Metall- oder Pulverdraht im Bereich des Beruehrungspunktes zwischen 30 und 90 Grad und der Fuehrung eines Druckluftstromes durch die um die Kohleelektrode angeordneten Freiraeume bzw. Oeffnungen in den Elektrodenduesen sowie durch die Vorschub- und Drehbewegung der Kohleelektrode wird ein stabiler Lichtbogen und ein Gassstrahl hoher dynamischer Viskositaet bewirkt. Die Vorrichtung ist an Fuehrungseinrichtungen so angeordnet, dass sie in zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen gefuehrt werden kann und dabei die entsprechenden Trennschnitte durch Aufschmelzen der nichtmetallischen Bauteile sehr wirtschaftlich ausfuehren kann. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum mechanisierten, fernsteuerbnren thermischen Trennen von vorzugsweise nichtmetallischen Werkstoffen großer Dicke und ist vor allem auf dem Gebiet der Rekonstruktion von Beton- und Stahlbetonbauwerken und dergleichen inner- und außerhalb geschlossener Räume anwendbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannte technische Lösungen des thermischen Trennens von nichtmetallischen Werkstoffen, vorzugsweise Beton und Stahlbeton, sind: Raketenstrahlschneiden, Sauerstoffkernlanze, Sauerstoffpulverlanze, Pulverschmelzschneiden, Lichtbogenschmelzschneiden, Plasmaschneiden, Laserschneiden und Elektronenstrahlschneiden.

Beim Raketenstrahlschneiden wird Benzin, Petroleum o. ä. in einer Kammer in Sauerstoff atmosphäre verbrannt. Der austretende Gasstrahl erreicht Überschallgeschwindigkeit und Temperaturen von 3500⁰K. Aufprund technischer Schwierigkeiten (z. B. Explosionsgefahr) und des hohen Bedarfes an Brennstoff und Sauerstoff wird das Verfahren zum Trennen von Beton- und Stahlbetonkonstruktionen nicht angewandt.

Die breiteste Anwendung haben derzeit die Sauerstoffkernlanze, die Sauerstoffpulverlanze und das Pulverschmelzschneiden. Bei diesen Verfahren wird Eisen oder ein Gemisch aus Eisen- und Aluminiumpulver zunächst mittels einer Sauerstoff-Azetylen-Flamme auf Zündtemperatur erhitzt und dann im Sauerstoffstrom verbrannt. Die dabei entstehende Oxidationsenergie bringt den Werkstoff zum Schmelzen.

Die kinetische Energie des Strahles bewirkt den Austrag der Schmelze, wobei die Metalloxide die Viskosität der Schmelze herabsetzen und so-nit den Austrag der Schmelze erleichtern. Din Anwendung der Verfahren ist begrenzt durch materialökonomische Gesichtspunkte - Bereitstellung großer Mengen Stahlrohr, Eisenpulver, Sauerstoff, Azetylen. Mit dom Sauerstoffkernlanzenverfahren ist nur ein Bohren, mit dem Pulverschmelzschneiden nur ein Schneiden möglich, wobei dio maximale Schneiddicke praktisch bei 700mm liegt.

Obwohl sowohl das Bohron als auch das Schneiden von Werkstoffen mittels des Sauerstoffpulverlanzenverfahrens möglich ist, wird es aufgrund dor jowoils goring ».-«»η Leistungsfähigkeit gegenüber dem Sauerstoffkernlanzenverfahren und dem Pulvorschniolzschneidon nicht angowondot.

Insbesondere zum Pulverschmelzschneidon oxistioren oine Reiho von Vorschlägen zur effektiveren Nutzung der Oxidationsonorgio. (DE-AS 23002665, DE-OS 2328216, DE-OS 2925433) Versuche, wenigstens einen Teil des überschüssigen, nlso zur Oxidation nicht notwondigon Sauorstoffes (etwa 75...80%) zu ersetzen, schlugen fehl.

Ein woitoros Verfahren ist das Lichtbogonschmelzschneiden, bei Wülchem ein zwischen zwei Elektroden frei brennender Lichtbogen dirokt don Werkstoff zum Schmelzen bringt und mindestens eine Elektrode in das Schmelzbad eintaucht. Nachteilig wirkt sich hier neben der relativon Instabilität des Lichtbogens und der schlechten Handhabbarkeit der großen Elektroden vor

allem der schlechte Schmelzaustrag aus. Der Werkstoff muß soweit erhitzt werden, bis er eine se niedriyu Viskosität erreicht hat, um selbständig abzufließen. Zur Verbesserung der Wirksamkeit des Verfahrens werden in der EBSU 428945 und DD 205841 die Zugabe metallhaltiger Zusätze in den schmelzenden Beton, in der EB DD 205840 die Zugabe eines Flußmittels und ein auf den Lichtbogen gerichteter Gasstrahl und in der EB SU 598757 nicht abschmelzende Elektroden beschrieben.

Nachteilig wirkt sich aus, daß eine Mechanisierbarkeit des Verfahrens aufgrund der Vielzahl der notwendigen Bewegungen zur Erhaltung des Lichtbogens und des Schmelzaustrages kaum möglich ist.

Mit den Verfahren Plasma-, Laser-, Elektrodenstrahl- sowie Infrarot- und Mikrowellenschneiden sind derzeit nur geringe Schnittiefen bis maximal 50 mm erreichbar. Der breiteren Anwendung dieser Verfahren stehen außerdem der hohe Geräteaufwand, der Verbrauch hoher Energiemengen sowie die teilweise Verwendung teurer Edelgase entgegen.

In der DD-Anmeldung WP-F 23 D/3107044 wird eine Vorrichtung zur Erzeugung eines hocherhitzten Gasstromes hoher kinetischer Energie beschrieben, mit welchem nichtmetallische Werkstoffe bearbeitet werden können.

Nachteilig bei dieser o.a. Vorrichtungen wirkt sich aus, daß bei Erhitzung des Gases vor dem Austritt aus der Düse eine Verringerung der Wirkungsweite des Strahles auftritt, wobei generell nach den Gesetzen der Gasdynamik die Temperatur und Geschwindigkeit der Freistrahlen sehr schnell absinken und somit nur geringe Schnittiefen erreichbar sind.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist beim Lichtbogenschmelzschneiden die Reduzierung des Energieaufwandes, die Senkung des Material- und Gerätebedarfes, wie z. B. des von technischen Gasen, sowie die Beseitigung schwerer körperlicher Beanspruchungen für die Bedienungskräfte.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mechanisierte, fernsteuerbare Vorrichtung zu entwickeln, die mittels einer konstanten nutzbaren Lichtbogenwärmeleistung, die unabhängig von der Schnittiefe oder Schnittposition aufrechterhalten werden soll, nichtmetallische Werkstoffe örtlich aufschmilzt und diese Schmelze mittels eines Gasstrahles hoher dynamischer Viskosität austrägt, wobei die Verwendung reiner Druckluft möglich sein soll.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Kohleelektrode, die in einer Hülse und an deren Ende durch eine Düse geführt wird sowie an einer Vorschub- und Dreheinrichtung befestigt ist, so zu einer in einer weiteren Hülse geführten Elektrode aus Metall- oder Pulverdraht über ein zwischen den Hülsen liegendes Verbindungselement angeordnet ist, daß in deren gedachtem Berührungspunkt ihre Längsachsen in einem Winkel zwischen 30 und 90 Grad aufeinandertreffen und daß zwischen den Elektroden und den jeweiligen Hülsen Raum zur Druckluftführung besteht, die Düse für den Draht in bekannter Weise, z. B. wie beim COylnertgasschweißen, ausgebildet ist, die Düse für die Kohleelektrode mindestens 20% größere Querschnittsfläche aufweist als der Kohleelektrodenquerschnitt und daß in der Düse der Kohleelektrode weitere Öffnungen als Gasdüsen so angeordnet werden können, daß diese der Seite der durch eine Andrückeinrichtung zum optimalen Stromübergang an die Düsenbohrung angedrückten Kohleelektrode zugeordnet sind und in ihrer Querschnittsfläche der freien Gasdurchtrittsfläche zwischen Kohleelektrode und der Düse für die Kohleelektrode entspricht.

Die Vorrichtung wird an Führungseinrichtungen, wie z. B. Führungsschlitten, in zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen führbar angeordnet und hat als größtes Quermaß den Maximaldurchmesser der Hülse für die Kohleelektrode aufzuweisen. Die Vorschubeinrichtungen beider Elektroden bewirken eine dem Abbrand entsprechende Nachführung der Elektroden zur Erreichung eines konstanten Abstandes und damit eines gleichmäßig langen Lichtbogens. Die Kohleelektrode wird gedreht, damit eine Kegelspitze ausgebildet wird, die Standzeit erhöht wird und ein gleichbleibender Stromübergang an der Düse bewirkt wird.

Die Kombination einer Kohleelektrode mit einer Elektrode aus Metall- oder Pulverdraht bewirkt in Verbindung mit den Vorschub- und Dreheinrichtungen sowie der Luftführung einen stabilen Lichtbogen und einen Gasstrahl hoher dynamischer Viskosität. Dabei bewirkt die Zuordnung der Drahtelektrode im Winkel zwischen 30 und 90 Grad zur Kohleelektrode, daß der Lichtbogen mit hoher Stabilität vor allem in Richtung der Kohleelektrode und des Luftstrahls brennt, daß durch den relativ großen Durchmesser der Kohleelektrode i'er Lichtbogen durch die Kraft der Luft nicht abreißen kann und daß die Kegelspitze an der Elektrode in ihrer Formerhalten bleibt.

Von der in der Hülse für die Kohleelektrode und Luftführung angeordneten Andrückeinrichtung wird die Kohleelektrode so an die stromführende Düse gedrückt, daß eine gleichmäßige Stromeinleitung erfolgen kann und auf der zur Andrückeinrichtung weisenden Seite ein gleichbleibender Freiraum zum Luftaustritt zwischen Kohleelektrode und Düse entsteht, der bestimmend ist für die durchleitbare Luftmenge und ihre sichelförmige Ausbreitungsform um die Elektrode. Die zusätzlichen Öffnungen in der Düso, die auf der Berührungsseite mit der Elektrode liegen, bewirken bei einer schnittrichtungsparallelen Führung der Vorrichtung einen volumonbezogen gleichmäßigen Luftaustritt um den gesamten Mantel dor Kohleoloktrodo und damit einen gleichmäßigen Gasstrahl hoher dynamischer Viskosität. Durch dio Vorwondung von Druckluft wird im Borsich der Elektrodenhülsen und der Düsen die Kühlung der Elektroden bei gloichzoitiger Vorwärmung und dio Erhöhung dor Viskosität der Luft bewirkt sowie das Oxydationsmittel für Kohlenstoff, Motallpartikol der Drahtoloktrode und für das aufzuschmelzende Material herangeführt. Die Druckluft dient weiterhin dem Transport von MoUiII- und Motalloxydpartikoln und dom Transport der Schmelze. Bei dor Elektrodenandrückvorrichtung bewirkt dio Druckluft don Andruck des kolbonförmigon Andruckelomontes on dio Elektrode.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Fig. 1: zeigt die Vorrichtung in Schnittdarstellung während des Schmelzprozesses. Fig. 2: stellt den Schnitt A-A aus Fig. 1 dar.

Der Abstand zwischen dem in Fig. 1 dargestellten durch Kurzschluß sich ausbildenden Lichtbogen 1 und dem Schmelzort bleibt während des gesamten Schneidvorganges konstant. Der Lichtbogen wird durch eine stabförmige, sich um die Achse spiralförmig entsprechend des Abbrandes nachgeführte Kohleelektrode 2 und einen kontinuierlich zugeführten Metall- oder Pulverdraht 3 gebildet. Der Lichtbogen 1 bringt den Werkstoff örtlich zum Schmelzen. (Bei Beton 18 in etwa bis zu einer Entfernung von maximal 8cm bei einer installierten elektrischen Leistung von 15kW).

Die der Hülse der Kohleelektrode 4 und der Hülse des Drahtes 5 zugeführte Druckluft kühlt die Elektroden und vereinigt sich nach dem Austritt aus den Düsen 6,7 zu einem gemeinsamen erhitzten Gasstrahl 8, der die Schmelze 19 in Bohrrichtung austreibt.

Die Verbindungselemente der Elektrodenhülsen 9 sind beweglich auf einem Führungsschlitten 10 gelagert. Mittels eines geeigneten Antriebes kann die Einrichtung entsprechend der Aufschmelzgeschwindigkeit in die Tiefe des Werkstoffes nachgeführt werden. Nach dem Durchtrennen der gesamten Bauteiltidfe wird die Einrichtung in Ausgangsstellung zurückgefahren und auf dem Führungsschlitten 11 in die neue Ausgangsposition gebracht. Der nächste Trennvorgang kann beginnen.

Die Übertragung des Stromes erfolgt über die Hülsen der Elektroden 4,5 auf die Düsen o, 7 und dann durch Gleitübertragung auf die Elektroden. Zur Gewährleistung eines örtlich fixierten Überganges insbesondere an der Kohleelektrode ist der Einsatz einer federbelasteten oder vorzugsweise pneumatischen Andrückeinrichtung 12 möglich.

Die konstruktiven Abmessungen der Vorrichtung sind gering, so daß ein Nachführen im entstehenden Trennspalt von 25...40mm Breite erfolgen kann. (Fig. 2) In der Düse 6 sind an der Mantellinie des Stromüberganges Düse-Elektrode Bohrungen 13 angebracht, um die Erreichung eines gleichmäßig um die Kohleelektrode verteilten Gasstrahles zu gewährleisten.

Dabei sollte die Querschnittsfläche der Bohrungen oder Öffnungen 13 der freien Querschnittsfläche 14 (Düsenbohrungsquerschnitt abzüglich Querschnittsfläche der Kohleelektrode) entsprechen, um ein paralleles Führen Kohleelektrodenachse - Schnittrichtung zu gewährleisten.

Diese Konstruktion stellt die günstige Form der konkreten Realisierung dar. Ohne die Öffnungen 13 ist ein Trennvorgang ebenfalls zu erreichen, allerdings kann dann das parallele Führen zur Schnittrichtung nicht erreicht werden.

Zum A'isführungsbeispiel gehören weiterhin die Vorschub- und Dreheinrichtung für die Kohleelektrode 15, die Vorschubeinrichtung für den Draht 16 sowie die Druckluftzuführungen für die Elektroden 15,16 und die Andrückvorrichtung 17.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel ist durch Verwendung der Kohleelektrode durch eine hohe Lichtbogenstabilität gekennzeichnet. Denkbar ist auch die Verwendung einer zweiten Drahtelektrode.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Lichtbogenschmelzschneiden nichtmetallischer Werkstoffe großer Dicke mit Bauteilen zur Strom- und Gasführung sowie mit zwei Elektroden zur Lichtbogenerzeugung, gekennzeichnet dadurch, daß die eine Elektrode eine Kohleelektrode (2) ist, der eine Elektrode aus Metall- oder Pulverdraht (3) im Winkelbereich zwischen 30 und 90 Grad zugeordnet ist, die Kohleelektrode (2) von einer Vorschub- und Dreheinrichtung (15) in einer Hülse (4) und in einer Düse (6) mit Düsenbohrung (13) geführt wird, deren Querschnittsfläche einen um mindestens 20% größeren Betrag aufweist als der Querschnitt der Kohleelektrode (2), daß in Abhängigkeit von der Arbeitslage der Kohleelektrode (2) zu der Schmelzschneidrichtung eine oder mehrere weitere Öffnungen (13) in der Düse (6) der Kohleelektrode (2) angeordnet sein können, daß eine Andrückeinrichtung (12) elastisch zwischen Hülse (4) und Kohleelektrode (2) von der Seite der Hülse (5) des Drahtes her in der Nähe der Düse (6) der Kohleelektrode (2) angeordnet ist und daß die bei den Hülsen (4, 5) über ein oder mehrere Verbindungselemente (9) mit Führungseinrichtungen wie z. B. Führungsschlitten (10,11) verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung bzw. Öffnungen (13) ringförmig zur Düsenbohrung, auf der der Andrückeinrichtung (12) gegenüberliegenden Seite angeordnet sind, in ihrer Ausdehnung parallel zur Kohleelektrode verlaufen, im Querschnitt dem des Freiraums zwischen Kohleelektrode (2) und Düse (6) entsprechen und als Bohrungen und/oder Schlitze ausgeführt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Vorschub- und Dreheinrichtung (15) für die Kohleelektrode (2) und im Bereich der Vorschubeinrichtung (16) für den Draht eine Druckluftzufuhr zu den Hülsen (4, 5) angeordnet ist.