DE3321697C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schneidbrenner zum Betrieb mit Sauerstoff und Brenngas nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiger Schneidbrenner ist aus der DE-OS 14 29 136 bekannt. Er ist zum Betrieb mit Sauerstoff und Acetylen vorgesehen und besteht aus einem Brennerkörper und einem an dessen stromabwärtigem Ende angeordneten Düsenkopf mit Heizdüsen und einer Schneiddüse. Die Schneiddüse liegt zentral im Düsenkopf; um sie herum sind die Heizdüsen angeordnet.

Bei dem bekannten Schneidbrenner werden Sauerstoff zum Schneiden, Sauerstoff zum Heizen und das Brenngas dem Brennerkörper zugeführt, wobei der Sauerstoff zum Heizen innerhalb des Brennerkörpers mit dem Brenngas vermischt wird und durch entsprechende Kanäle im Brennerkörper bis zum Düsenkopf geführt ist, wo das Gasgemisch durch die Heizdüsen austritt. Der zum Schneiden vorgesehene Sauer­ stoff wird durch einen zentralen Kanal im Brennerkörper geleitet und tritt durch die Schneiddüse aus. Das aus den Heizdüsen austretende Gasgemisch wird verbrannt und erhitzt das zu schneidende Metall bis zur Schmelze, wobei die Schmelze durch den Schneidsauerstoff oxidiert und aus der Schnittstelle ausgeblasen wird.

Nachteilig bei bekannten Schneidbrennern dieser Art ist, daß sowohl der Sauerstoff zum Schneiden als auch das Gas­ gemisch zum Heizen verwirbelt aus dem Düsenkopf austreten. Um den verwirbelt austretenden Gasen eine gewisse Richtungsstabilität zu geben, sind im Düsenkopf langge­ streckte Kanäle vorgesehen, durch die die Gase mit relativ hohem Betriebsdruck geführt sind. Dies hat zur Folge, daß erheblich mehr Sauerstoff und Brenngas verbraucht wird, als zum eigentlichen Schneidvorgang erforderlich wäre. Dies wiederum bedingt eine rauhe Schnittfläche und deren Ver­ sprödung im Randbereich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungs­ gemäßen Schneidbrenner derart weiterzubilden, daß die damit erzielte Schnittgüte verbessert wird, insbesondere die Schnittflächenrauhigkeit und die Randversprödung vermindert werden, wobei zugleich der Sauerstoff- und Brenngasver­ brauch minimiert werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Anordnung der langgestreckten Beruhigungskanäle im Brennerkörper und im Düsenkopf wird erreicht, daß der Sauerstoff zum Schneiden und auch das Gasgemisch im wesentlichen laminar aus dem Düsenkopf austreten, wodurch eine gezielte Wärmeeinbringung in die Schnittfläche und eine gezielte Oxidation der Schmelze möglich ist. Kon­ zentriert auf einen äußerst kleinen Flammenbereich ist so eine sehr hohe Temperatur erzielbar. Die Schnittge­ schwindigkeit ist durch diese gezielte Wärmeeinbringung erhöht, wobei die Schnittfläche aufgrund des laminar austretenden Schneidsauerstoffes äußerst glatt und die Versprödung des Randbereichs der Schnittfläche gering ist. Dadurch, daß die den Schneidbrenner durchströmenden Gase laminar geführt werden und im wesentlichen laminar aus dem Düsenkopf austreten, kann und muß im Vergleich zu bekannten Schneidbrennern mit erheblich reduziertem Gasdruck gear­ beitet werden, was den Verbrauch an Sauerstoff und Brenngas deutlich reduziert.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß mit dem erfindungs­ gemäßen Schneidbrenner z. B. ein niedrig gekohlter Stahl bzw. Weichstahl von 500 mm Länge und einer Stärke von 12 mm innerhalb einer Minute durchgeschnitten werden kann. Hier­ bei erzielt man eine sehr saubere Schnittfläche und scharfe Kanten sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite der Platte. Das Brennen war so geringfügig, daß man die Schlacke leicht von Hand entfernen konnte. Die auf die Platte einwirkende Wärme war wesentlich geringer als bei bisher bekannten Brennern.

Bei dem genannten Beispiel erfolgte der Schnitt mit 0,05 m³ Acetylengas bei 14 kPa im Vergleich zu dem Gasverbrauch eines bekannten Schneidbrenners von 0,28 m³ bei 105 kPa. Der Sauer­ stoffverbrauch lag bei 0,50 m³ mit 140 kPa im Vergleich zu 2,26 m³ Gas bei 280 kPa. Trotz einer hohen Schneidgeschwindigkeit ist der Gasverbrauch weniger als ein Viertel des Verbrauchs eines bekannten Sauerstoff-Schneidbrenners mit turbulenter Flamme.

Ferner ist vorteilhaft, daß nach der einmaligen Einstellung einer neutralen Flamme die Zugabe von zu Schneidzwecken dienendem Sauerstoff nur minimal ist. Das Metall wird so gleichförmig erwärmt, ohne daß übergroße Mengen an Sauer­ stoff auf die Oberfläche einwirken. Das Kohlendioxid und der Wasserdampf, die bei der Verbrennung freigesetzt werden, bilden eine einhüllende Gaswand, die vermutlich dafür verantwortlich ist, daß abgesehen von der Schnitt­ stelle selbst eine übermäßige Oxidation verhindert ist.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.

Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und nachstehend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsmittelschnitt durch einen erfin­ dungsgemäßen Schneidbrenner,

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung einen Teilbereich des Längsmittelschnittes nach Fig. 1.

Der Sauerstoff-Schneidbrenner 10 hat einen äußeren Brenner­ körper 11, auf dessen stromabwärtigem Ende mittels einer aufgeschraubten Überwurfmutter 12 ein Düsenkopf 13 festge­ klemmt ist. Die Stirnfläche des stromabwärtigen Endes des Brennerkörpers 11 ist mit zwei Ringrippen 16 und 17 verse­ hen, die mit Abstand voneinander liegen und eine Ringnut 18 begrenzen. In die Ringnut 18 mündet eine Anzahl von im Düsenkopf 13 angeordneten Vorkanälen 19, die durch im Druchmesser relativ große Bohrungen gebildet sind, die in Beruhigungskanäle 20 mit relativ kleinem Durchmesser über­ gehen, aus denen die brennbaren Gasgemische am Düsenkopf 13 austreten.

Der Brennerkörper 11 hat einen zentralen, durchgehenden Beruhigungskanal 22, der durch ein parallelwandiges Rohr gebildet ist. Das Rohr erstreckt sich bis in den Mittel­ teil des Düsenkopfes 13 und ist im Bereich der Stirnwand des Brennerkörpers 11 durch einen O-Ring 21 abgedichtet, der in einer inneren Ringnut in der Stirnwand des Brenner­ körpers liegt.

Der Brennerkörper 11 hat an seinem vom Düsenkopf abge­ wandten Ende ein Innengewinde, in das ein Endstück 24 des Rohres zu dessen Lagesicherung eingeschraubt ist. Das Endstück 24 liegt an einem Distanzstück 25 an, das mit einem in Strömungsrichtung vorne liegenden Vorsprung 26 passend in eine komplementäre Ausnehmung des Brennerkörpers 11 eingreift und am Brennerkörper anliegt, um ein Rück­ strömen des Gases zu verhindern. Es kann zweckmäßig sein, das Distanzstück 25 in den Brennerkörper 11 einzuschrauben.

Das Distanzstück 25 hat einen zentralen, durchgehenden Mittelkanal (Beruhigungskanal 27), der einen größeren Durchmesser als das zentrale Rohr (Beruhigungskanal 22) hat und mit diesem einen Ringraum be­ grenzt, der einen als Beruhigungskanal vorgesehenen Strömungsdurchgang für die brennbaren Gase bildet. Im dem Endstück 24 zugewandten Ende des Distanzstückes 25 ist ausgehend vom zentralen Mittelkanal (Beruhigungskanal 27) ein erweitertes Sackloch 28 eingearbeitet, in den ein Zentrieransatz 29 des Endstückes 24 ragt. Der Zentrieransatz 29 verjüngt sich in Strömungsrichtung nach vorne konisch und begrenzt mit den Wandungen des Sacklochs 28 einen mittleren Ringraum 30, dessen Querschnittsfläche in Strömungsrichtung zunimmt.

Das Distanzstück 25 hat einen dem Endstück 24 zugewandten, im Durchmesser reduzierten Endabschnitt 36, der den Zentrieransatz 29 umgibt und einen äußeren konzentrischen Ringraum 37 bildet, der über einen Anschluß 33 mit Acetylen beschickt wird. Über eine Vielzahl kleiner, radialer Öff­ nungen 32 strömt Acetylen aus dem äußeren Ringraum 37 in den mittleren Ringraum 30.

Der Zentrieransatz 29 weist ferner einen Mittelkanal auf, dessen Durchmesser größer als der des Beruhigungskanales 22 ist, so daß ein innerer, zum Sackloch 28 offener Ringraum 35 gebildet ist, der über einen Anschluß 40 mit Sauerstoff beschickt wird. Der Anschluß 40 ist außen am Brennerkörper 11 ange­ ordnet und zum Anschluß für einen Sauerstoffschlauch vorge­ sehen. Der Anschluß 40 liegt im Bereich des Gewindeab­ schnitts 42, der in Eingriff mit dem Innengewinde des Brennerkörpers 11 ist. Der Gewindeabschnitt 42 ist in seiner Längserstreckung durch eine Ringnut 43 unterbrochen, die radial nach innen zum inneren Ringraum 35 verlaufende Öffnungen 44 aufweist und über den Anschluß 40 mit Sauer­ stoff beschickt wird.

Das Endstück 24 weist ferner in Verlängerung des Ringraums 35 einen weiteren Sauerstoffanschluß 46 auf. Das eine Ende des Beruhigungskanals 22 ist in diesen Anschluß 46 dicht eingesetzt und wird über den Anschluß 46 mit Sauerstoff gespeist. Zwischen dem Anschluß 46 und dem Anschluß 40 ist ein hexagonaler Abschnitt 41 vorgesehen, an den ein Maul­ schlüssel angesetzt werden kann.

Über den Anschluß 40 und die radialen Öffnungen 44 in den inneren Ringraum 35 eingeleiteter Sauerstoff strömt im allgemeinen in nicht turbulenter Weise durch den inneren Ringraum 35 in Richtung zum Düsenkopf 13. Vom Anschluß 33 strömt über den äußeren Ringraum 37, die Öffnungen 32 und den mittleren Ringraum 30 an dem Ende des Zentrieransatzes 29 vorbei Acetylen in den von der Ansenkung im Sackloch 28 gebildeten Ringraum und wird vom Sauerstoffstrom in den Beruhigungskanal 27 mitgenommen. An der Stirnseite des Brennerkörpers ist der Beruhigungskanal 27 durch den O-Ring 21 abgedichtet. Der Gasstrom setzt sich daher in Einzel­ kanälen 48 fort, die sowohl in Längsrichtung als auch in radialer Richtung nach außen verlaufen und in der äußeren Ringnut 18 in der Stirnseite des Brennerkörpers 11 enden. Die Ringnut ist in Gasströmungsverbindung mit den koaxialen Kanälen 19 und 20, die die zentrale Sauerstoff-Schneiddüse im Düsenkopf 13 umgeben. Die Kanäle verlaufen schräg im Düsenkopf 13 und sind derart ausgerichtet, daß ihre Mittelachsen die Mittelachse der zentralen Schneiddüse in einem einzigen Konvergenzpunkt C außerhalb der Düse schnei­ den (Fig. 1). Da die Vorkanäle 19 am stromaufwärtigen Ende des Düsenkopfes mit einem relativ großen Durchmesser und die anschließenden Beruhigungskanäle des Düsenkopfes 13 mit einem relativ kleinen Durchmesser ausgebildet sind, wird ein weitgehend laminarer Gasstrom aus dem Düsenkopf 13 aus­ treten. Der mittig liegende Sauerstoffkanal (Beruhigungskanal 50) zur Schneid­ düse ist koaxial zu der Mittelachse des Rohres (Beruhigungskanals) 22 ange­ ordnet und erstreckt sich von einer konischen endseitigen Wandung 51 im Düsenkopf 13 zu dessen vorderem Ende. Der Konuswinkel der Wandung 51 liegt zwischen 150° und 170°. Dieser Konuswinkel hat nur sehr geringen Einfluß auf die im allgemeinen laminare Strömung des Sauerstoffs durch das zentrale Rohr (Beruhigungskanal 22).

Das zentrale Rohr (Beruhigungskanal 22) und der als Ringraum zwischen dem Rohr und dem Mittelkanal ausgebildete Beruhigungskanal 27 sind im Vergleich zu ihrer Querschnittsfläche derart lang be­ messen, daß der Gasstrom darin im wesentlichen laminar ist. Die Beruhigungskanäle 22 und der Sauerstoffkanal 50, der ebenfalls einen Beruhigungskanal 50 bildet, sind aus demselben Grund ebenfalls langgestreckt ausgebildet, wobei in jedem Fall die Länge größer als das 300fache des Durchmessers ist. Durch diese Auslegung ist bei niedrigem Druck gewähr­ leistet, daß die Gase nicht turbulent strömen.

Der Flammensauerstoff, der Schneidsauerstoff und das Acetylen werden dem Sauerstoff-Schneidbrenner 10 über Ventile (nicht gezeigt) zugeführt. Die Ventile werden so betätigt, daß zunächst eine neutrale Flamme durch entsprechende Ab­ stimmung des Flammensauerstoffs und des Acetylens ein­ gestellt ist und Sauerstoff mit nur sehr geringer Beein­ flussung des Flammenstrahlengemisches eingeleitet werden kann. Hierdurch ist das die heißere Zone umgebende Gas ganz neutral, so daß die Oberfläche des zu schneidenden Metalls nicht übermäßig oxidiert wird.

Aufgrund der ausgezeichneten Verbrennungsbedingungen bei dem erfindungsgemäßen Schneidbrenner und der weitgehend laminaren Strömung sowohl der Flammengase als auch des Schneidsauerstoffs ist es möglich, daß die Schneidsauer­ stoff-Auslaßöffnung im Durchmesser sehr klein bemessen ist (im dargestellten Ausführungsbeispiel beläuft sich der Durchmesser auf etwa 1,1 mm). Hierdurch erhält man auf einen kleinen Durchmesserbereich konzentriert sehr hohe Temperaturen für die Durchführung des Schneidvorgangs.

Claims (5)

1. Schneidbrenner zum Betrieb mit Sauerstoff und Brenngas, wie Acetylen od. dgl., bestehend aus einem Brenner­ körper (11) mit Anschlüssen (46, 33) für Sauerstoff und Brenngas und einem am stromabwärtigen Ende des Brenner­ körper (11) angeordneten Düsenkopf (13) mit zentraler Schneiddüse und sie ringförmig umgebenden Heizdüsen, die in stromabwärtiger Richtung derart konvergierend ver­ laufen, daß ihre Mittelachsen die Mittelachse der zentralen Schneiddüse in einem einzigen Konvergenzpunkt (C) schneiden, mit einer innerhalb des Brennerkörpers (11) angeordneten Mischeinrichtung zur Vermischung des den Heizdüsen zugeführten Brenngas-Sauerstoff-Gemisches, und mit Verbindungskanälen zum Düsenkopf für den Sauer­ stoff und das Brenngas-Sauerstoff-Gemisch, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungskanäle als langgestreckte Beruhigungskanäle (22, 27, 20, 50) aus­ gebildet sind, und daß die im Düsenkopf (13) angeord­ neten Beruhigungskanäle (20, 50) eine Länge aufweisen, die mindestens das 300fache ihres Duchmessers beträgt.

2. Schneidbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beruhigungskanäle (22, 27) innerhalb des Brennerkörpers (11) koaxial zueinander angeordnet sind.

3. Schneidbrenner nach Anspruch 1 oder 2, mit abnehmbarem Düsenkopf, dadurch gekennzeichnet, daß der brennerkörperseitige Beruhigungskanal (27) für das Gasgemisch zu seinem düsenkopfseitigen Ende in ringförmig dazu angeordneten Einzelkanälen (48) mündet, die an entsprechende Vor­ kanäle (19) im Düsenkopf (13) anschließen, die wiederum in Beruhigungskanäle (20) des Düsenkopfes (13) münden.

4. Schneidbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkanäle (19) einen größeren Durchmesser als die Beruhigungskanäle (20) des Düsenkopfes (13) für das Gasgemisch aufweisen.

5. Schneidbrenner nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkanäle (19) einen größeren Durchmesser als die Einzelkanäle (48) des Brennerkörpers (10) aufweisen.