DE3337288C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode zur Verwendung in einem Schneidbrenner, insbesondere einem Unterwasserschneidbrenner, mit einem Stahlrohr und darin angeordneten Stäben aus Stahl, Aluminium, Magnesium, Titan, Wolfram, Molybdän oder Legierungen dieser Metalle. Insbesondere richtet sich die Erfindung auf eine Verbesserung des Gegenstandes der US-PS 41 82 947 des Erfinders und Inhabers des gegenständlichen Patentes. In der genannten Patentschrift ist ein Sauerstoff/ Elektro-Schneidbrennersystem für Unterwasserarbeiten beschrieben. Die Schneidelektroden weisen ein Metallrohr aus Stahl, mehrere in diesem Rohr angeordnete Stäbe und eine Schicht eines isolierenden Materials auf, das im wesentlichen die Außenfläche des Rohres bedeckt. Die Stäbe bestehen aus Stahl, Aluminium, Magnesium, Titan oder deren Legierungen. Diese bekannte Anordnung bedingt eine Stromquelle zum Starten des Brennvorgangs der Elektrode. Sofern gewünscht, liegt die elektrische Spannung während des Schneidvorgangs weiterhin an, selbst wenn die Elektrode brennt. Der bisher benutzte Generator zum Erzeugen des elektrischen Stromes weist vergleichsweise große Abmessungen auf und ist somit teuer in der Anschaffung. Die Baugröße ergibt sich aus der erforderlichen elektrischen Leistung. Für den Aufbau der in Frage stehenden Schneidelektroden ist es aus der FR-PS 12 89 028 bekannt, das Hüllrohr durch Aufwickeln eines Metallbandes zu erzeugen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Elektrode der eingangs genannten Art zu schaffen, die gegenüber herkömmlichen Elektroden eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit aufweist, um hierdurch auch den Bedarf an elektrischer Leistung für die durchzuführenden Schneidarbeiten zu verringern.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Stahlrohr auf seiner Innen- und Außenseite mit einer Schicht aus Kupfer und/oder Zinn versehen ist. Diese in der Regel vergleichsweise dünne Beschichtung aus einem elektrisch gut leitfähigen Metall reicht aus, um der gesamten Elektrode eine wesentlich verbesserte elektrische Leitfähigkeit zu verleihen, ohne daß ihre Einsatzfähigkeit in irgendeinerweise beeinträchtigt werden würde. Die Schneidleistung der Elektrode wird vielmehr ganz erheblich gesteigert mit der Folge, daß die erforderliche elektrische Leistung reduziert werden kann.

Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, daß das Stahlrohr aus mehreren aufeinander gerollten Schichten aus Stahlblech besteht, welches beidseitig mit Kupfer und/oder Zinn beschichtet ist. In diesem Fall bildet auch die Beschichtung den Pfad für den elektrischen Strom, wobei der Querschnitt des Strompfades an den aneinanderliegenden Schichten von Kupfer und/oder Zinn des gewickelten Stahlbleches praktisch verdoppelt wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß das Stahlrohr außen auf der Schicht aus Kupfer und/oder Zinn mit einer Schicht aus isolierendem Material versehen ist, die vorzugsweise aus Kunststoff besteht. Diese Maßnahme trägt zur Sicherheit des Bedienungspersonals bei und verhindert ein seitliches Zünden der Elektrode.

Auf diese Weise kann, wie angestrebt, der Generator zur Erzeugung der elektrischen Leistung erheblich kleiner und entsprechend preiswerter hergestellt werden. Da mit der erfindungsgemäßen Elektrode, wie erwähnt, weniger Strom als bisher notwendig ist, trägt dies auch zur Sicherheit des Bedienungspersonals bei.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, mehrerer Aus­ führungsbeispiele, den Patentansprüchen, sowie anhand der schematischen Zeichnung. Es zeigt:

Fig. 1 einen vergrößerten Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Elektrode und

Fig. 2 eine eben solche Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels.

Gemäß Fig. 1 bildet ein vergleichsweise dünnwandiges Stahlrohr 10 das Gehäuse eines Schneid- oder Brennstabes oder Elektrode. Aufgrund der dünnwandigen Ausführung des Rohres 10 weist es ebenso relativ geringes Gewicht auf. Das Stahlrohr 10 ist sowohl an seiner inneren als auch an seiner äußeren Oberfläche mit einer dünnen Beschichtung aus Kupfer 12, 14 versehen. Im Inneren des Rohres 10 sind mehrere Metallstäbe 16 vorgesehen. Die können alle aus Eisenmetall, wie Stahl, bestehen. Auch kann eine Kombination aus Stahlstäben und Stäben aus einem anderen Metall vorgesehen sein, wie aus einem Metall der Gruppe aus Aluminium, Magnesium, Titan, Wolfram, Molybdän oder Legierungen derselben. Der Schneidstab arbeitet befriedigend in einem Verhältnisbereich von etwa 3 : 1 Stahl zu, beispielsweise, Aluminium und etwa 10 : 1 Stahl zu Aluminium. Ein Verhältnis von 7 : 1 wird beispielsweise bevorzugt. Der Schneidstab kann in der gezeigten Form am Boden und geerdet zum Einsatz gelangen. Bei Verwendung und Wasser ist das Rohr 10 hingegen mit einer äußeren Schicht oder Beschichtung 18 aus elektrisch nicht leitendem Material versehen. Vorzugsweise kommt hierzu Kunststoff zur Anwendung, beispielsweise auf Epoxy-, Vinyl-, Acryl- oder Urethanbasis in Frage. Diese Materialien wirken als isolierende und schützende Schicht des Rohres 10. Die einen Isolator bildende Schicht 18 verhindert unbeabsichtigtes Zünden seitlich am Stab dann, wenn dieser zufällig mit einem elektrisch leitenden oder geerdeten Teil in Berührung kommt. Auf diese Weise werden die bekannten Probleme, wie seitliches Ankleben und seitliches Zünden sowie Ausblasen des Stabes, verhindert.

In Fig. 2 ist, wie erwähnt, ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Hierbei weist das Stahlrohr 20 eine Innenseite auf, die mit einer Kupferschicht 22 und dessen Außenseite ebenfalls mit einer Kupferschicht 24 versehen ist. Hergestellt ist es durch Rollen eines mit Kupfer beschichteten Stahlbleches, wobei mehrere Wicklungen aufeinander aufgewickelt werden, was zu dem in Fig. 2 gezeigten Rohr 20 führt. Stäbe 26 sind, wie beschrieben, innerhalb des Rohres 20 angeordnet. Die Stäbe 26 des vorliegenden Beispiels sind in etwas unterschiedlicher Konfiguration mit einem mittigen Stab 28 angeordnet. Die jeweilige Konfiguration ist der Bedienungsperson vorbehalten. Es muß jedoch ein Durchlaß für den Sauerstoff vorgesehen sein, so daß dieser längs der Rohrmitte zwischen den Stäben strömen kann. Zum Einsatz bei Unterwasserarbeiten ist wie in Fig. 1 eine Schutzschicht 30 vorgesehen. Der Schneidstab nach Fig. 2 wird durch Rollen oder Walzen eines beispielsweise durch Galvanisieren dünn mit Kupfer beschichteten Stahlbleches über einen Dorn und anschließendem Hartlöten unter Wasserstoff hergestellt, um die Schichten miteinander zu verbinden und um die Rohrform beizubehalten. Das Blech wird entweder durch Elektroplattieren oder durch Heißtauchen beider Oberflächen mit einem ausgezeichneten elektrischen Leiter, wie zum Beispiel Kupfer und/oder Zinn hergestellt. Mit diesem Verfahren erhält man ein Rohr, bei dem das leitfähige Metall sandwichartig zwischen den fortlaufenden Stahlwicklungen vorgesehen ist. Das Kupfer oder ein anderes metallisches Laminat dient sowohl als Kleber als auch als leitfähiges Medium für den elektrischen Strom, der zur Zündung des Stabes notwendig ist. Das Hartlöten schmilzt das Kupfer zwischen den Stahlschichten und veranlaßt das Rohr, die zylindrische Form des Dorns anzunehmen. Der Zweck des Kupfers oder des anderen Sandwichmetalls zwischen den Stahlwicklungen des Wickelrohres besteht darin, den elektrischen Widerstand des Rohres zu verringern und seine Leitfähigkeit erheblich zu verbessern. Die Kupferflächen oder Kupferschichten bilden den elektrischen Pfad des zusammen­ gestellten Stabes. Die erhöhte Leitfähigkeit des Stabes ermöglicht dessen Funktion bei extrem niedrigen Ampèrewerten, weit unterhalb der Werte, die bei anderen Schneidstäben erforderlich sind. Es kann eine herkömmliche Automobil- oder Motorradbatterie benutzt werden, um den Brennvorgang des Schneidstabes unter Wasser zu starten. Hierdurch kann man auf große, sperrige und kostspielige Stromerzeuger, wie große Schweißmaschinen hoher Ampèrezahlen verzichten, die bei herkömmlichen Schneidstäben erforderlich sind.

Die Innenabmessungen des gerollten und laminierten Rohres sind so gehalten, daß mehrere Stäbe geringeren Durchmessers aufgenommen werden können. Sie sind aus der Gruppe bestehend aus Stahl alleine, Stahl und Aluminium, Stahl und Magnesium, Stahl und Titan oder Stahl und Wolfram oder Molybdän, ausgewählt. Die eingesetzten Stäbe sind entlang des Innendurchmessers des Rohres vorgesehen. Weiterhin ist ein Gaskanal vorgesehen, der senkrecht zum Durchmesser des Rohres verläuft. Er stellt einen ungestörten Durchgang für Sauerstoff zur Stabspitze dar, die die Kontaktstelle mit dem Werkstück ist.

Zwischen der Stabspitze und dem geerdeten Werkstück wird ein Funke gezündet. Wenn das exponierte Ende durch den elektrischen Strom angeregt ist, startet die Einleitung des Sauerstoffs durch den Gaskanal die anfängliche chemische Reaktion (Oxydation/Reduktion). Es stellt sich eine kontinuierliche Thermitreaktion ein, die eine extrem starke Wärmequelle bildet. Sie ist in der Lage, jedes Element, jede Legierung, jedes Mineral oder jede Mischung aus Mineralien zu schmelzen, die mit der brennenden Spitze in Kontakt kommt, einschließlich des Materials, das als Hitzeschild bei Space Shuttle eingesetzt wurde. Diese Reaktion findet in Luft, auf der Erde oder unter Wasser statt, ohne Beeinflussung durch die Art der Atmosphäre, in der der Brennvorgang stattfindet. Wenn der elektrische Strom abgeschaltet wird, brennt der Stab so lange weiter, bis die Sauerstoffzufuhr unterbrochen ist, beim Abschalten des elektrischen Stromes brennt der Stab so lange weiter, wie Sauerstoff in das System eingeführt wird.

Bei Einsatz des Brennstabes unter Wasser ist eine Außenisolierung erforderlich, um ein seitliches Zünden mit dem Werkstück zu unterbinden. Der Stab brennt in gleicher Weise wie eine Zigarette. Der Brennvorgang beginnt an einem Ende und setzt sich in Richtung zur Halterung fort, in der der Stab in der Hand der Bedienungsperson angeordnet ist. Der Abbrand wird unterbrochen, wenn die Bedienungsperson die Sauerstoffzufuhr unterbindet.

Wenn das zu schneidende Material nicht leitend ist, wird eine leitfähige Start- oder Zündplatte verwendet, um den elektrischen Stromkreis zu vervollständigen. Der Stab zündet, wenn der Kontakt hergestellt wird. Das Werkstück oder die Zündplatte ist ein integraler Teil des Stromkreises und vervollständigt die elektrische Schleife. Die Zündplatte besteht aus einem kleinen Stück leitfähigen Materials, das an die Erdungsklemme angefügt ist. Der Generator oder die Schweißmaschine wird angeworfen und gleichermaßen kann eine Verbindung mit einer Batterie hergestellt werden. Gleichzeitig wird die Stabspitze mit der Zündplatte in Berührung gebracht. Hierdurch wird ein Funke erzeugt, und gleichzeitig wird Sauerstoff durch das System zur Stabspitze geleitet. Andere Arten von Unterwasser-Schneidstäben brennen beim Unterbrechen der Stromzufuhr nicht weiter, funktionieren nicht ohne Stromzufuhr und vermögen kein anderes Material als Stahl unter Wasser oder an der Erdoberfläche zu schneiden. Der rohrförmige Stab ist dann besonders wirkungsvoll, wenn er zum Abbrennen von Gußeisen, rostfreiem Stahl, Monel- oder Inconelmetall, Kupfer, Messing, Gummi, Beton, Holz od. dgl. zum Einsatz gelangt.

Metall oder Beton, die einem Schmelzen durch herkömmliche Schneidstäbe widerstehen, werden mit dem erfindungsgemäßen Brennstab zuverlässig geschnitten oder geschmolzen.

Zum Vergleich der erfindungsgemäßen Stäbe mit handelsüblichen Stäben wurde ein Schneidtest durchgeführt. Die Versuche fanden in einem Trainingstank für Taucher von ca. 65 m³ Inhalt und 3 m Tiefe statt.

Zwei Arten von Metall wurden geschnitten:

• A. 1,1 cm Spundbohle mit zwei Verriegelungen, 73,7 cm Breite
• B. 0,79 cm Schiffsblech mit zwei genieteten Flanschen, bedeckt mit leichtem Bewuchs (Algen, Rost und kleine Muscheln). Die Schiffsbleche waren zusammengenietet und bildeten am Werkstück eines jeden Tauchers zwei Verbindungen oder Verriegelungen. Die kontinuierlichen Schnitte erstrecken sich über eine Distanz von 61 cm.

Vorgehensweise: Die saubere Platte wurde in den Tank eingelassen und in einem an einem Sägebock vorgesehenen Schraubstock festgespannt. Vier Schnitte mit Einzelstäben gemäß der Erfindung durch; sodann 4 weitere Einzelstabschnitte mit einem herkömmlichen Stab, wobei er versuchte, mit jedem Stab eine möglichst lange Strecke zu schneiden. Dann führte der Taucher einen Schnitt über die Platte hinweg aus; erst verwendete er einen erfindungsgemäßen, sodann einen herkömmlichen Stab. Unmittelbar im Anschluß wurde die saubere Platte entnommen und die den Bewuchs aufweisende Platte eingeführt, worauf dann obiges Vorgehen wiederholt wurde.

Variationen in der Vorgehensweise

Taucher Nr. 1 (unerfahren) und Taucher Nr. 2 (erfahren) führten Horizontalschnitte aus, wobei sie an der Überlappung oder dem Flansch begannen. Hierbei trat ein erheblicher Nachteil des herkömmlichen Brennstabs hinsichtlich der erzielten Entfernung zutage, da bei verschiedenen Versuchen ein herkömmlicher, rohrförmiger Einzelstab nicht in der Lage war, den Flansch am Beginn zu durchschneiden. Das Verfahren wurde sodann dahingehend geändert, daß vertikale Schnitte ausgeführt wurden, wobei die Überlappungen oder Flansche nicht im Wege waren. In sämtlichen Fällen wurden jedoch die kontinuierlichen Schnitte über die Breite des Werkstücks einschließlich der beiden Verbindungen gemacht.

Taucher Nr. 3 und 4 drehten beide Stücke auf ihre Seiten, so daß mit beiden Stäben der Schnitt mit einzelnen Stäben horizontal erfolgte, der sich durch die Gesamtplatte Er­ streckende vertikal.

Die Taucher Nr. 1 und Nr. 2 führten Schnitte mit den erfindungsgemäßen Stäben zuerst durch. Taucher Nr. 3 und 4 kehrten diese Reihenfolge um. Der erfindungsgemäße Brennstab schnitt fast dreimal so schnell wie der herkömmliche rohrförmige Stahlstab.

Bei den Versuchen betrug die durchschnittliche Schneidlänge aller Taucher mit einem Einzelstab gemäß der Erfindung bei bewachsenem Schiffsblech und sauberer Spundbohle 38 cm. Die durchschnittliche Schneidlänge mit dem herkömmlichen Stab betrug 13 cm.

Für eine vorgegebene Schnittlänge benötigten die erfindungsgemäßen Stäbe weniger als die Hälfte der Zeit und der Stablänge als herkömmliche, rohrförmige Stahlstäbe.

Die 4 Taucher benötigten im Durchschnitt 3,5 Stäbe und 3,5 Minuten um beide Platten mit den erfindungsgemäßen Stäben zu durchtrennen. Mit herkömmlichen Stäben benötigten sie im Durchschnitt 7,5 Stäbe und 15,7 Minuten für die gleiche Arbeit.

In jedem Fall waren unerfahrene Taucher bei Verwendung der erfindungsgemäßen Stäbe erfahrenen Tauchern überlegen, die herkömmliche Stäbe einsetzten.

Die zwei unerfahrenen Taucher erzielten im Durchschnitt 31,8 cm pro Einzelstabschnitt über beide Platten mit erfindungsgemäßen Stäben. Ihre Instruktoren, die herkömmliche Stäbe verwendeten, erzielten 15,5 cm pro Einzelstabschnitt. Bei den kontinuierlichen Schnitten benötigten die unerfahrenen Taucher im Durchschnitt 3,4 Stäbe und 6,8 Minuten, um den durchschnittlichen Schnitt zu vervollständigen. Die erfahrenen Taucher waren in der Lage den gleichen Schnitt im Mittel wären 17,8 Minuten unter Verbrauch von 8,1 Stäben durchzu­ führen.

Claims (4)

1. Elektrode zur Verwendung in einem Schneidbrenner, insbesondere einem Unterwasserschneidbrenner, mit einem Stahlrohr und darin angeordneten Stäben aus Stahl, Aluminium, Magnesium, Titan, Wolfram, Molybdän oder Legierungen dieser Metalle, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlrohr (10, 20) auf seiner Innen- und Außenseite mit einer Schicht aus Kupfer und/oder Zinn versehen ist.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlrohr (10, 20) aus mehreren aufeinander gerollten Schichten von Stahlblech besteht, welches beidseitig mit Kupfer und/oder Zinn (12, 14, 22, 24) beschichtet ist.

3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlrohr (10, 20) außen auf der Schicht aus Kupfer und/oder Zinn (12, 14, 22, 24) mit einer Schicht aus isolierendem Material (18, 30) versehen ist.

4. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Material (18, 30) Kunststoff ist.