-
-
Verfahren und Brennschneiddüse
-
zum Autogen-Brennschneiden Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Autogen-Brennschneiden, bei dem das zu schneidende Werkstück durch eine von einem
Heizgasgemisch aus Brenngas und Heizsauerstoff gespeiste Heizflamme erwärmt und
durch Zuführung von Heizsauerstoff im Bereich der Schnittstelle verbrannt wird,
sowie eine Brennschneiddüse zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Beim Brennschneiden wird der zu schneidende Werkstoff an der Reaktionsstelle
auf Zündtemperatur erhitzt, bei der er spontan mit Sauerstoff verbrennt. Die Zündtemperatur
muß unter der Schmelztemperatur des Werkstoffs liegen. Die Heizflammenwärme dient
zum Ausgleich des Wärmeverlusts durch Wärmeableitung und Wärmestrahlung. Beim Anschneiden
hat sie die Aufgabe, den Werkstoff auf Zündtemperatur zu bringen.
-
Die Heizflamme hat einen entscheidenden Einfluß auf die Qualität des
Brennschnitts. So darf beispielsweise die Heizflamme nicht zu kurz sein, damit sie
eine Schutzwirkung für die Erhaltung der erforderlichen Reinheit des Brennsauer-
stoffs
entfalten kann; andernfalls wird die Schneidleistung gemindert. Dieser Bedingung
wird gemäß einem Vorschlag nach der vorbekannten DE-OS 19 27 523 dadurch Rechnung
getragen, daß zwischen dem Schneidsauerstoffstrahl und dem Heizgasstrahl ein Schutzgasstrahl
eingeblasen wird.
-
Ein Nachteil dieses bekannten Brennschneldverfahrens ist, daß insbesondere
bei Brennschnitten an Werkstücken von über etwa 130 mm Dicke die Heizflarnine keine
ausreichende Tiefenwirkung besitzt oder eine zu hohe Flammentemperatur aufweist,
so daß die Werkstückoberfläche anschmilzt.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
der eingangs beschriebenen Art zu entwickeln, daß sich durch eine ausreichende Tiefenwnrkung
der eizflarrJile und eine gute Qualität der Brennschnitte auch bei dicken Werkstucken
auszeichnet.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäße dadurch gelöst, daß dem Heizgasgemisch
eine genau defInierte Menge eines verbrennungshemmenden Gases zugeführt wird.
-
Der Begriff "Brennschneiden" soll im folgenden sowohl den eigentlichen
Schneidvorgang als auch das sogenannte Lochstechen bei Beginn des Schneidens umfassen.
Das tleizgasgemisch aus Sauerstoff und Brenngas wird erfindungsgemäß durch ein verbrennungshe..mendes
Gas "verdünnt". Als verbrennungshemmendes Gas kommen zum Beispiel Stickstoff, Edelgase,
Kohlendioxid in Frage. Die Verdünnung bewirkt, daß die Eleizflamme länger und gleichzeitig
kälter wird. Auf diese Weise wird ein Anschmelzen der Werkstückoberfläche beLm Brennschneidvorgang
verhindert und zugleich der Schneidspalt ausreichend angewärmt. Ein Eindringen von
kalter Luft in den Schneidspalt wird damit wirksam verhindert. Es ist ein wesentliches
Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß das ver-
brennungshemmende
Gas in genau definierter Menge zugeführt wird, denn nur durch die genaue Dosierung
lassen sich mit dem erflndungsgemäßen Verfahren unabhängig von der Dicke und dem
Material des zu schneidenden Werkstücks gleichbleibend gute Resultate erzielen.
-
Das verbrennungshemmende Gas kann sowohl noch vor der Brennschneiddüse
im Brenner zugeführt werden, und zwar entweder vor oder nach der Mischstelle von
Heizsauerstoff und Brenngas, als auch in der Brennschneiddüse selbst oder am Ausgang
der Brennschneiddüse.
-
Sowohl durch die langsame Verbrennung als auch durch die Nachwärmung
im Schneidspalt ergibt sich ein Brennschnitt von hoher Güte. Durch die Verlängerung
der Flamm läßt sich auch bei Brennschnitten an dicken Werkstücken Azetylen als Brenngas
verwenden, das für diese Anwendung wegen seiner kurzen, heißen Flamme nicht geeignet
war. Azetylen bietet den Vorteil einer im Vergleich mit anderen Gasen sehr hohen
Flammenleistung, wodurch sich kurze Vorwärmzeiten ergeben.
-
Ein weiterer Vorteil, der sich aus dem Gegenstand der vorliegenden
Erfindung ergibt, ist die Verringerung der Rückzündgefahr des Heizgasgemisches durch
die Absenkung der Sauerstoffkonzentration im Heizgas.
-
Es hat sich gezeigt, daß es günstig ist, das verbrennungshemmende
Gas dem Heizgas nach der Vermischung von Brenngas und Heizsauerstoff, aber vor dein
Entzündungspunkt des tieizgasgemisches zuzuführen.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
ist das verbrennungshemmende Gas Luft oder Preßluft.
-
Durch die Verwendung von ut entstehen bei der Bereitstellung des verbrennungshemmenden
Gases keine zusätzlichen Scsten.
-
Es erweist sich als zweckmäßig, wenn in Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes
das verbrennungshemmende Gas erst nach Erwärmung des Werkstücks auf Zündtemperatur
zugeführt wird. Während der Erwärmung des Werkstücks auf Zündtemperatur, dem sogenannten
Anschneidvorgang, ist es von Vorteil, wenn die Flamme sehr heiß ist, um das Werkstück
rasch zu erhitzen. Die Flamme braucht in diesem Abschnitt auch nicht besonders lang
zu sein, da der Schneidspalt noch nicht tief ist. Erst wenn das Werkstück die Zündtemperatur
erreicht hat, also bei Beginn des eigentlichen Brennschneidvorgangs, wird erfindungsgemäß
mit der Zuführung des verbrennungshemmenden Gases zum Heizgas begonnen.
-
Eine Brennschneiddüse zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
weist eine zentrisch angeordnete Schneidsauerstoffdüse, konzentrisch dazu angeordnete
Heizgasdüsen, Zuführungsöffnungen für einerseits Schneidsauerstoff und andererseits
Heizsauerstoff und Brenngas, sowie die Zuführungsöffnungen mit den zugehörigen Düsen
verbindende Kanäle für Schneidsauerstoff und Heizgas auf, wobei die Heizgaskanäle
mit weiteren Zuführungsöffnungen versehen sind.
-
Insbesondere erweist es sich als zweckmäßig, wenn gemäß einer Weiterbildung
des Erfindungsgegenstandes die weiteren Zuführungsöffnungen als über den Umfang
der Brennschneiddüse verteilte Bohrungen ausgeführt sind. Die Zahl der Bohrungen
ist abhängig von der Zahl der Heizgaskanäle. In der Regel mündet in jeden Heizgaskanal
mindestens eine Bohrung zur Zuführung des verbrennungshemmenden Gases.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Erfirx#ungegegenstandes
münden die Bohrungen unter einem Winkel von 35 bis 550 in die Heizgaskanäle. Bei
dieser Bauweise saugt das zu den Düsen strömende Heizgas das zuzuführende Gas nach
dem Injektorprinzip an. Vorzugsweise beträgt der Winkel etwa 450.
-
Für das Brenngas und den Heizsauerstoff können sowohl zwei getrennte
Zuführungsöffnungen vorgesehen sein, die erst in der Brennschneiddüse in einen gemeinsamen
Kanal münden, oder die beiden Heizgaskomponenten werden bereits vermischt über eine
Zuführungsöffnung in die Brennschneiddüse geleitet.
-
In beiden Fällen sind in der Brennschneiddüse weitere Zuführungsöffnungen
vorgesehen, die in den das Heizgas führenden Kanal vor dessen Austritt aus der Düse
münden. Über diese Zuführungsöffnungen wird ein verbrennungshemmendes Gas zugeführt.
-
Bei einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennschneiddüse
ist anstelle weiterer Zuführungsöffnungen zu den Heizgaskanälen um den Brennerausgang
ein Ansaugring angeordnet. Über den Ansaugring wird ein verbrennungshemmendes Gas
von dem aus der Brennschneiddüse austretenden Heizgas angesaugt und vermischt sich
am Brennerausgang mit diesem.
-
Der Ansaugring ist zu diesem Zweck mit radialem Abstand um die Brennschneiddüse
angeordnet, wobei der zwischen Brennschneiddüse und Ansaugring gebildete Ringspalt
zur Zuführung des verbrennungshemmenden Gases dient. Die Innenfläche des Ansaugrings
muß derart geformt sein, daß der Querschnitt des Ringspalts eine Verengung aufweist
(Injektorpinzip).
-
Es wird weiters vorgeschlagen, daß der Ansaugring in axialer Richtung
verschiebbar ist. Ist der vordere Abschnitt der Brennschneiddüse konisch ausgebildet,
so läßt sich durch Verschieben des Ansaugringes in axialer Richtung der Querschnitt
auf einfache Weise verändern.
-
Eine andere, in Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes vorgeschlagene
Möglichkeit ist es, den Ansaugring ohne Zwischenraum an der Brennschneiddüse anzuordnen
und im Ansaugring
zum Brennerausgang hin gerichtete Bohrungen vorzusehen,
über die das verbrennungshemmende Gas zugeführt wird.
-
Gemäß einer Modifikation der erfindungsgemäßen Brennschneiddüse wird
vorgeschlagen, daß die Zuführungsöffnungen in einen Versorgungskanal münden, der
mit einem Anschlußstück zur Zuführung von verbrennungshemmendem Gas versehen ist.
-
Diese Bauart ist vor allem dann zweckmäßig, wenn ein anderes Gas als
Umgebungsluft zugeführt wird.
-
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von schematisch dargestellten
Ausführungsheispielen beschrieben.
-
Hierbei zeigen: Figur 1 eine erfindungsgemäße Brennschneiddüse, die
Figuren verschiedene Vorrichtungen zur Zuführung des 2,3 u 4 verbrennungshemmenden
Gases.
-
Eine erfindungsgemäße Brennschneiddüse 1, wird vorzugsweise zur Bearbeitung
von Werkstücken, wie z.B. Stahlblech, mit mehr als 100 mm Dicke eingesetzt. Die
Brennschneiddüse 1 gemäß Figur 1 ist innenmischend, d.h. Heizsauerstoff und Brenngas
werden in der Brennschneiddüse 1 vermischt. Die Brennschneiddüse 1 weist eine zentrische
Bohrung 2 zur Führung von Schneidsauerstoff 3 auf. Konzentrisch um diese Bohrung
2 sind Kanäle 4 ausgeführt, in denen das IIeizgas strömt.
-
Es ist auch möglich, statt mehreren voneinander getrennten Kanälen
einen zusammenhängenden ringspaltförmigen Kanal vorzusehen.
-
Das Heizgas besteht aus einem Gemisch von Heizsauerstoff 5, der über
eine Zuführungsöffnung 6 und Brenngas 7, vor allem Azetylen, das über Zuführungsöffnungen
8 in die Brennschneiddüse eingeführt wird. Die Zuführungsöffnungen 5 und 8 münden
in die Heizgaskanäle 4, in denen sich die beiden Komponenten
des
Heizgases vermischen. firf ndungsgemäß sind weitere Zuführungsöffnungen 9 in der
Brennschneiddüse 1 vorgesehen, die in die Heizgaskanäle 4 münden. Über die Zuführungsöffnungen
9 wird dem Heizgas ein verbrennungshemmendes Gas zugeführt. Hierfür eignet sich
besonders gut Luft oder Preßluft, da diese kostenlos zur Verfügung steht. Prinzipiell
ist jedoch auch die Verwendung eines anderen verbrennungshemmenden Gases, wie beispielsweise
Stickstoff, möglich.
-
Im dargestellten Beispiel sind die Zuführungsöffnungen 9 als Bohrungen
ausgeführt, die unter einem Winkel von etwa 450 in die Heizgaskanäle 4 münden. Auf
diese Weise wird das ve--brennungshemmende Gas durch die Sogwirkung des vorbeiströmenden
Heizgases angesaugt. Beisielsweise sind 6 Bohrungen entsprechend der Zahl der Heizgaskanäle
mit je 1,2 mm ~ vorgesehen.
-
Über die Bohrungen wird eine genau dosierbare Gasmenge zugeführt.
Die Zahl und der Durchmesser der Bohrungen ist jedoch nicht entscheidend für das
Wesen der Erfindung.
-
Grundsätzlich läßt sich der Erfindungsgegenstand auch auf andere Brennschneiddüsen
übertragen, und zwar insbesondere auf Düsen für Injektorbrenner, bei denen der Heizsauerstoff
und das Brenngas im Brenner vermischt werden.
-
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Brenrschneid'ierfahrens
wird vorzugsweise während des Anschneidens, d.h. bis das Werkstück auf Zündtemperatur
gebracht ist, kein verbrennungshemmendes Gas zugemischt, um die Heizflamme so heiß
wie möglich zu halten. Erst wenn die Zündtemperatur des Werkstücks erreicht ist,
wird dem Heizgas bzw. dem Heizsauerstoff eine gewisse Menge verbrennungshemmenden
Gases zugemischt. Die Menge richtet sich nach der Dicke und dem Material des zu
trennenden Werkstücks, der Reinheit des Heizsauerstoffs und dem verwendeten Brenngas.
Je mehr verbrennungshemmendes Gas zugemischt wird und je stärker dadurch der Heizsauerstoff
verdünnt
wird, um so länger und auch kälter wird die Heizflamme.
-
Zur Veränderung der zugeführten Gasmenge können beispielsweise einige
oder alle öffnungen 6 ganz oder teilweise verschließbar sein oder aber eine nicht
dargestellte Zuführungsleitung zu den öffnungen 6 mit einer Vorrichtung zur Querschnittsveränderung
ausgestattet sein.
-
Die Figuren 2, 3 und 4 zeigen jeweils den vorderen Abschnitt einer
Brennschneiddüse, wobei analoge Bauteile mit denselben Bezugsziffern wie in Figur
1 gekennzeichnet sind.
-
Um den Ausgang 11 der Brennschneiddüse 1 gemäß Figur 2 ist erfindungsgemäß
ein Ansaugring 12 angeordnet. Der Ansaugring 12 liegt konzentrisch zur Brennschneiddüse
1 mit radialem Abstand zu dieser. Hierdurch entsteht zwischen Ansaugring 12 und
Brennschneiddüse 1 ein ringförmiger Spalt 13.
-
Die Innenfläche des Ansaugrings 12 weist eine konvexe tgolbung auf,
so daß durch das am Brennerausgang 11 an den Kanälen 4 mit hoher Geschwindigkeit
austretendes Heizgas Umgebungsluft nach dem Injektorprinzip angesaugt wird. Die
zugeführte Luftmenge ist über den Querschnitt des Ringspaltes 13 genau dosierbar.
-
Da der vordere Abschnitt der Brennschneiddüse 1 konisch ausgebildet
ist,läßt sich durch Verschieben des Ansaugrings 12 in axialer Richtung der Querschnitt
leicht verändern.
-
Es ist prinzipiell auch möglich, einen unmittelbar an der Brennschneiddüse
1 anliegenden Ansaugring vorzusehen, der dann mit zum Brennerausgang 11 hin gerichteten
Zuführungsöffnungen versehen ist, wobei diese öffnungen sich wiederum zum Brennerausgang
hin konisch erweitern.
-
Figur 3 zeigt eine Brennerdüse 1, die ähnlich derjenigen von Figur
1 mit in die Heizgaskanäle 4 mündenden Bohrungen 9 ausgestattet ist. Bei dieser
Düse münden die Bohrungen 9 in einen gemeinsamen Versorgungskanal 14, der durch
einen ringförmig um die Brennschneiddüse 1 aufgebrachten Tunnel 15 gebildet ist.
Der Tunnel ist mit einem in der Figur nicht dargestellten Anschlußstutzen zur Zuführung
des verbrennungshemmenden Gases ausgestattet.
-
Eine Abwandlung der Brennschneiddüse 1 gemäß Figur 3 zeigt die Figur
4: Bei dieser Ausführungsform ist ein Versorgungskanal 16 in die Brennschneiddüse
1 eingesenkt und mit einer Manschette 17 verschlossen. Auch hier ist ein nicht dargestelltes
Anschlußstück vorgesehen.
-
Leerseite