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Verfahren und Vorrichtung zum Brennschneiden von metallischen Werkstücken,
insbesondere aus Stahl Das Brennschneiden von metallischen Werkstücken und insbesondere
von solchen aus Stahl wird bekanntlich bisher unter Verwendung von Gasflammen durchgeführt,
wobei die Gasflammen mit unter Druck stehenden Gemischen aus Leuchtgas und Sauerstoff
oderAcetylen und Sauerstoff betrieben werden. Die Flamme hat hierbei eine zweifache
Aufgabe; sie muß die Schnittstelle auf die erforderliche Temperatur bringen, und
der im Überschuß zugeführte Sauerstoff muß den metallischen Werkstoff verbrennen.
Durch die mechanische Wirkung der unter hohem Druck stehenden Flamme werden die
Verbrennungserzeugnisse, d. h. also die Oxyde, in mehr oder minder geschmolzenem
Zustand von der Schnittstelle entfernt. Der Schneidvorgang erfordert mithin erhebliche
Mengen an Gas, insbesondere an Sauerstoff, damit die zweifache Arbeit der Flamme
bewerkstelligt werden kann. Das Brennschneiden mit derartigen gasbeheizten Geräten
hat sich zu hoher Vollkommenheit entwickelt; indes bestehen gewisse Nachteile insofern,
als nicht unerhebliche Mengen von Abgasen entstehen und eine strahlende Hitze auftritt,
was beides gleichermaßen die mit der Handhabung
betrauten Personen
belästigt. Vor allem aber läßt die Güte der Schnittkanten in mehr oder minder starkem
Maße zu wünschen übrig.
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Es ist auch schon bekannt, die Schnittstelle durch elektrische Widerstandserhitzung
auf hohe Temperaturen zu bringen und den Schnitt zu bewirken, indem Sauerstoff aufgeblasen
wird. Dieses Verfahren macht verhältnismäßig verwickelte Einrichtungen notwendig,
um die Erwärmung auf die gewünschte Schnittstelle beschränkt zu erwirken. Außerdem
verschleißen die Kontaktkörper; die gleichzeitig der Sauerstoffzufuhr dienen, erheblich,
weil sie selbst hohe Temperaturen annehmen und außerdem noch unter mechanischem
Druck über die Werkstückoberfläche hinweggeschoben werden müssen.
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Nach einem nicht vorbekannten Vorschlag soll die Erwärmung der Schnittstelle
elektroinduktiv erfolgen und der Schnitt ebenfalls durch Aufblasen von Sauerstoff
oder Luft bewirkt werden, wodurch sich gegenüber dem bekannten Verfahren Vorteile
ergeben, weil die benötigten Mittel einfacher sind und ein sparsamerer Verbrauch
an Sauerstoff gewährleistet ist. Die Schnittkanten sind sauber und glatt, und die
Vorrichtung ist keinem Verschleiß unterworfen. Die Erfindung bezweckt eine weitere
Ausgestaltung der Vorrichtungen, die für dieses elektroinduktiv bewirkte Brennschneiden
benötigt wird. Der der Druckgasdüse zugeordnete Induktor wird im Bereich des zu
legenden Schnittes mit Magnetjochpaketen versehen. Durch die Konzentration der Erwärmung
auf die Schnittlinie ist es möglich, zu schmäleren und noch saubereren Kanten bei
geringstem Verbrauch an Sauerstoff zu gelangen.
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Bei der Benutzung von Vorrichtungen gemäß der Erfindung kann so verfahren
werden, daß der Induktor die gesamte Schnittlinie auf einmal erhitzt und die Druckgasdüse
den Schnitt in einer Relativbewegung zum Induktor und zumWerkstück durchführt. Es
kann aber auch so verfahren werden, daß der Induktor das Werkstück in der Schnittlinie
durch eine Relativbewegung zum Werkstück fortschreitend erhitzt und der Schnitt
durch die dem Induktor unmittelbar folgende Druckgasdüse bewirkt wird. Auch gleichzeitige
Relativbewegungen von Induktor und Druckgasdüse zur Erzeugung von kombinierten Schnittbewegungen
sind möglich.
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Die Induktoren können sowohl als Leiterschleifen, die sich über der
Werkstückoberfläche schließen, als auch als Spulen ausgebildet sein, die das Werkstück
umfassen. Im nachfolgenden werden an Hand der schematischen Abbildungen einzelne
bevorzugte Induktorenformen beschrieben und weitere erfinderische Merkmale aufgezeigt.
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Nach Abb. i soll das Werkstück i in Richtung der strichpunktierten
Linie i' geschnitten werden. Zu diesem Zweck wird ein Heizgerät vorgesehen, das
aus einem schleifenförmigen Induktor :2 besteht und an eine geeignete Wechselstromquelle
3 angeschlossen wird. Das Gerät kann mit Nieder-, Mittel- oder Hochfrequenzstrom
betrieben werden. Die einzelnen Aste des Gerätes, die parallel und in einigem Abstand
von der eigentlichen Schnittlinie liegen, sind mit Magnetjochen d. aus geschichteten
Blechen versehen. Infolge dieser Anordnung tritt in kürzester Zeit eine Erhitzung
der Schnittlinie auf der gesamten Länge ein, und die mit Sauerstoff unter Druck,
Preßluftsauerstoff oder Preßluft gespeiste Düse 5 kann sich in Relativbewegung zum
Heizgerät und zum Werkstück in Richtung des Pfeiles 6 über die erhitzte Schnittlinie,
den Schnitt 7 bewirkend, hinwegbewegen.
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Gemäß Abb. z soll ebenfalls- ein Werkstück i längs der Linie i' geschnitten
werden. Das Gerät besteht aus einer Leiterschleife 2, deren Äste senkiecht zur Schnittlinie
stehen. Beide parallelen Äste sind an der Stelle, an der der Schnitt geführt werden
soll, mit einem Magnetjoch q. aus geschichteten Blechen versehen. Die Düse 5 ist
unmittelbar hinter dem Jochpaket angeordnet und mit dem Heizgerät fest verbunden.
Das bei 3 an eine Stromquelle geeigneter Frequenz angeschlossene Heizgerät bewegt
sich mit der fest mit ihm verbundenen Düse längs der Schnittlinie und bewirkt in
einem Arbeitsgang der Schnitt 7. Das dargestellte Gerät kann sowohl mit einer Frequenz
von 5o Hz als auch mit höheren Frequenzen betrieben werden.
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Die Abb. 3 bis 5 zeigen besondere Abwandlungen der Induktorform. Die
Leiterschleife 12 nach Abb. 3 ist im Bereich der mit ihr verbundenen Düse 15 mit
Magnetjochpaketen versehen. Um eine möglichst hohe Erhitzung an der Spitze der Schneidfuge
zu erzeugen, ist die Leiterschleife im Bereich der Schnittrichtung, die durch den
Pfeil 16 angedeutet ist, ausgebuchtet. Die induzierten Ströme haben an sich die
Neigung, in Richtung des Pfeiles 17 zu verlaufen. Infolge der Ausbuchtung und des
vorgesehenen Magnetjoches wird jedoch eine Stromkonzentration in der Nähe der Spitze
der Schneidfuge und damit eine hohe Temperatur erzielt. In Abb.4 ist eine entsprechende
Vorrichtung dargestellt, bei der jedoch die Ausbuchtung nicht winklig, wie bei Abb.
3, sondern bogenförmig ausgeführt ist. Infolge dieser Ausbildungsform ist die Konzentration
in der Schneidfugenspitze noch stärker als bei einer Vorrichtung gemäß Abb.3. Die
Vorrichtung nach Abb. d. ist besonders geeignet zum Betrieb mit Nieder- oder Mittelfrequenz.
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Das Gerät nach Abb. 5 stellt einen Induktor in Form einer ringförmigen
Leiterschleife 32 dar. Der Ring ist auf einem Teil seines Umfanges mit Jochpaketen
34 besetzt. In der Mitte des Ringes befindet sich die Düse 35, die sich zusammen
mit dem Induktor über das Werkstück hinwegbewegt. Soll das Gerät in Richtung des
Pfeiles 36' schneiden, so sind die Jochpakete lediglich in dieser Schnittrichtung
anzubringen. Entsprechendes gilt, wenn in Richtung der Pfeile 36"' und 36"' geschnitten
werden soll. Ein Gerät dieser Art ist besonders geeignet für den Betrieb mit Hochfrequenz.
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Abb. 6 zeigt ein Gerät, bestehend aus zwei Leiterschleifen 62' und
62", die beide stromgespeist sind, wobei die Pfeile die Stromrichtung in einer Phase
anzeigen. Beide Schleifen haben etwa rechteckige Form, und nur je eine Schmalseite
ist eingebuchtet.
In dem durch die Einbuchtungen gebildeten freien
Raum befindet sich die Düse 65, so daß das gesamte Gerät das Bild eines länglichen
Rechtecks abgibt, in dessen Mitte die Brenndüse sich befindet.
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Die Abb. 7 und 8 zeigen Ausführungsformen, in denen der Induktor die
Form einer Spule aufweist. Die Spule 42 gemäß Abb. 7 umfaßt das Werkstück 41. Auf
dem eigentlichen Heizleiter 42' ist das Magnetjochpaket 44 angeordnet. Das Jochpaket
selbst ist in Richtung des Pfeiles 46 auf dem Heizleiter hin und her beweglich,
und mit diesem beweglichen Jochpaket ist die Düse 45 starr verbunden. Es ist mit
einer Vorrichtung dieser Art möglich, unter zweifacher Relativbewegung zwischen
Gerät und Werkstück zu arbeiten, indem nämlich das Werkstück durch die Spule in
waagerechter Richtung hindurchgeschoben wird, während sich das Jochpaket 44 mit
der Düse 45 auf dem Heizleiter hin und her bewegt, um besonderen Schnittfiguren
folgen zu können. Das Gerät nach Abb. j ist besonders für Nieder- und Mittelfrequenz
geeignet.
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Abb.8 zeigt sinngemäß ein gleichartiges Heizgerät, das sich besonders
eignet für das Auf schneiden von Rohren. Das rohrförmige Werkstück 5 i wird von
der Spule 52 umfaßt, auf der das Jochpaket 54 mit der starr daran befestigten Düse
55 angeordnet ist. Das Jochpaket mit der Düse ist längs des Umfanges der Spule in
Richtung der Pfeile 56' und 56" beweglich. Sinngemäß sind ähnliche Schnittbewegungen
möglich, wie in Verbindung mit Abb. 7 beschrieben.
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Im allgemeinen wird es erwünscht sein, daß sich die Düse im Betrieb
nicht erwärmt. Es empfiehlt sich daher, die Düse bei allen beschriebenen Vorrichtungen
aus einem nichtmagnetischen Werkstoff herzustellen, d. h. also aus Messing, Bronze
od. dgl. bzw. aus austenitischem Stahl. Auch keramischer Werkstoff wäre verwendbar.
Die Verwendung eines solchen nichtmagnetischen Werkstoffes für die Düse hat außerdem
den Vorteil, daß der Verlauf der induzierten Ströme nicht gestört wird. Soll dagegen,
wie beispielsweise beim Betrieb mit Preßluft allein, das Schneidgas vorgewärmt werden,
so kann die Düse auch aus magnetischem Werkstoff, wie beispielsweise magnetischem
Stahl, hergestellt werden, der sich unter dem Einfluß von streuenden Kraftlinien
erwärmt und so ein Vorwärmen des Schneidgases bewirkt. Eine weitere Vorwärmung des
Schneidgases kann erfolgen, indem das Schneidgas vor seinem Austritt aus der Düse
als Kühlmittel um die Heizleiter des Induktionsgerätes geführt wird.
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Die Geräte können mit den verschiedensten Frequenzen betrieben werden,
und bei der Beschreibung der einzelnen Ausführungsformen ist erwähnt worden, welche
Frequenz vorzugsweise bei den beschriebenen Geräten zur Anwendung kommen sollte.
Die Frequenzhöhe liegt praktisch zwischen 5o und i ooo ooo Hz. Zur Erzeugung des
Wechselstromes können, wie an sich bekannt, Umrichter, Umformer, Röhrensender, Frequenzwandler,
Funkenstreckensender oder ähnliche Geräte benutzt werden. Bei der Benutzung von
Niederfrequenz und gegebenenfalls auch Mittelfrequenz ist es möglich, Geräte zu
benutzen, die nicht an ortsfeste Erzeugeranlagen gebunden sind, so daß die beschriebenen
Vorrichtungen allgemeinster Anwendung zugänglich sind.
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Die Vorrichtungen gemäß der Erfindung können nicht nur verwendet werden
zum Brennschneiden, das die Auftrennung eines Werkstückes in zwei oder mehrere Teile
zum Ziel hat, sondern auch zu einem Verfahren, das beim Betrieb mit Gasflammen als
Brennhobeln bezeichnet wird und mithin einem Vorgang dient, der eine spanabhebende
Bearbeitung ersetzt.