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Schälbrenner zur Oberflächenbehandlung metallischer Werkstücke Die
Erfindung befaßt sich mit thermochemisch wirkenden Schälbrennern und im besonderen
mit Schälbrennern, die mit einer schlitzförmigen Schneidgasöffnung versehen sind
und bei denen die Vorwärmflammen durch Mischung der Brenngas- und Vorwärmsauerstoffströme
unmittelbar außerhalb der am Brennerkopf vorgesehenen Öffnungen erzeugt werden.
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Im einzelnen behandelt die Erfindung einen Schälbrenner mit einer
Schlitzdüse, aus der ein bandförmiger Sauerstoff-Schneidgas-Strom gegen die Oberfläche
des metallischen Werkstücks ausströmt, und mit Brennern, deren Mündungen parallel
zur und dicht an der Schlitzdüse liegend zur Abgabe einzelner Brenngas- und Vorwärmsauerstoffströme
dienen, die nach ihrer Mischung unmittelbar an ihren Ausströmöffnungen die Vorwärmflammen
bilden.
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Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht in der Ausbildung eines Schälbrenners,
der erhöhte Rückschlagsicherheit besitzt, von einfacher Konstruktion und großer
Geschlossenheit ist, die Heizgase wirkungsvoll ausnutzt, eine möglichst große Hitze
auf das Werkstück überträgt, eine hohe Standfestigkeit besitzt und bedeutend schneller
betriebsfähig ist als die bisher bekannten Vorrichtungen.
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Hierzu sind in der gemäß der Erfindung ausgebildeten Vorrichtung Schlitzdüse
und Brennerleitungen in vom Kopf des Schälbrenners abnehmbaren Bauteilen untergebracht.
Das Teil mit der Schlitzdüse sitzt so an dem Kopfteil, daß eine PaB-fläche dieses
Teiles an eine Paßfläche des Kopfteiles
schließt. Eine Zuführung
zur Schlitzdüse beginnt in einer Paßfläche des die Schlitzdüse tragenden Teiles
und steht einem Kanal für die Zuführungsleitung des Sauerstoffschneidgases auf der
zugehörigen Paßfläche des Kopfteiles gegenüber. Hierdurch entsteht eine Verbindung
zwischen Schlitzdüse und Versorgungsleitung für das Sauerstoffschneidgas. Alle einzelnen
Gasdüsen für Schneidgas, Brenngas und Vorerhitzersauerstoff haben eigene Versorgungsleitungen.
Der Schälbrennerkopf kann geradlinig oder ringförmig ausgebildet sein, je nachdem,
ob die zu schälenden Oberflächen eben oder zylindrisch sind.
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Nach einer Ausführungsart benutzt man für das Sauerstoffschneidgas
eine breite und mit einem. durchgehenden Schlitz versehene Düse mit einem Einsatz
aus hitzebeständigem Stoff, die in eine tiefe Aussparung des Düsenblocks am Schälkopf
eingeführt wird. Die Vorderseite des Düsenblocks oberhalb des Brennschlitzes erstreckt
sich nach vorn über das Unterteil, und der hitzebeständige Einsatz hat ein überstehendes
Oberteil. Eine Reihe von austauschbaren Vorwärmbrennerblocks ist auf dieser vorspringenden
Oberfront des Düsenblocks oberhalb des Schlitzes angebracht, und diese Vorwärmbrennerblocks
sind mit dem vorspringenden Oberteil des hitzebeständigen Einsatzes für die Schneidgasdüse
verbunden. Eine weitere Reihe von austauschbaren Vorwärmbrennerblöcks sitzt auf
dem zurückversetzten Unterteil des Düsenblocks unterhalb des Schlitzes. Diese Anordnung
führt die Vorwärmflammen der oberen Vorwärmbrennerblockreihe dicht an das Werkstück
und ermöglicht eine größere Schneiddüsenhöhe über dem Werkstück und engere Winkelstellungen
hierzu.
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Der hitzebeständige Düseneinsatz gestattet eine größere Schneidgasgeschwindigkeit
an den Seiten als in der Mitte, um an den Ecken geeignete Arbeitsbedingungen bei
der Oberflächenbearbeitung des Werkstücks auf vier Seiten zugleich in einem Arbeitsgang
zu schaffen. Hierzu hat das Einsatzstück eine Reihe von der Länge nach parallelen
Bohrungen. Die Bohrungen an den seitlichen Enden haben dabei einen größeren Durchmesser
als in der Mitte des Einsatzes.
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Um die Fertigung und die Arbeitsweise der Vorwärmbrennerblocks besonders
wirtschaftlich und einfach zu machen, hat jeder Block eine Reihe von Bohrungen mit
abnehmbaren und gegeneinander austauschbaren zylindrischen Vorwärmbrennereinsätzen.
Diese Einsätze tragen jeweils Längskanäle für die zugehörigen Gase. Jeder Einsatz
hat vorzugsweise eine zentrale Bohrung für das Vorwärmsauerstoffgas und einen Außenkanal,
der mit entgegengesetzt angeordneten Längskanälen für die Zuführung des Brenngases
zusammenarbeitet.
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Die Gase und das Kühlwasser werden aus einem Sammelstück zugeführt.
Zur Vermeidung von Rohrleitungen enthalten die Vorwärmbrennerblocks, der Düsenblock
und das Sammelstücke alle einzelne Kanäle für die zugehörigen Gase und das Kühlwasser.
Zwischen den Vorwärmbrennerblocks und dem Düsenblock und weiter zwischen dem Düsenblock
und dem Sammelstück liegen jeweils zusammengehörige Paßflächen. In diesen Paßflächen
liegen die Mündungen der zugehörigen Kanäle. Durch diese Bauart vermeidet man nicht
nur die unerwünschten Rohrleitungen, sondern erleichtert auch den Zusammenbau und
die Benutzung der ganzen Einrichtung, weil sich der Abbau eines sonst erforderlichen
Rohrsystems erübrigt.
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Weiter hat der Schälbrennerkopf nach der Erfindung für jedes Paar
der oberen und unteren Vorwärmbrennerblocks gesonderte Steuerventile für das Vorwärmsauerstoffgäs,
um die wirksame Breite der Vorwärmbrennerflammen entsprechend der Breite des Werkstücks
einzustellen. Weiter durchstoßen Hohlbolzen den Düsenblock und verschrauben sich
mit den unteren Vorwärmbrennerblocks, wobei das Kühlwasser durch diese Hohlbolzen
den einzelnen Blocks zugeführt wird.
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Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung. Dabei zeigt Fig. i einen
senkrechten Schnitt durch den Schälbrennerkopf Fig. 2 eine Teilansicht des Schälbrennerkopfes,
Fig.3 eine Vorderansicht des Schälbrennerkopfes, wobei Einzelteile entfernt sind,
um die verschiedenen Gas- und Wasserkanäle sichtbar zumachen, Fig.4 eine Draufsicht
auf den Kopf nach der Linie 4-4 der Fig. 3 mit den verschiedenen Einlaßöffnungen
für die Gas- und Wasserkanäle nach Fig. 3, Fig.5 einen Teilschnitt durch die Austrittsöffnungen
für die Sauerstoff-Schneidgas-Kanäle am Kopf. Hier sieht man die gegenseitige Lage
der oberen und unteren Vorwärmbrennerbloeks.
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Fig. 6 zeigt einen vergrößerten senkrechten Schnitt durch ein Teil
des oberen Vorwärmbrennerblocks längs der Linie 6-6 in Fig. 5, Fig. 7 einen vergrößerten
waagerechten Einzelausschnitt durch die Vorwärmbrennerdüsen im oberen Vorwärmbrennerblock
nach der Linie 7-7 der Fig. 5; Fig.8 einen vergrößerten senkrechten Teilausschnitt
durch eine einzelne Vorwärmbrennerdüse, Fig.9 einen vergrößerten senkrechten Teilausschnitt
durch das Schließ- und Öffnungsventil für das Vorwärmbrennersauerstoffgas nach der
Linie i 9-9 der Fig.3. Fig. io eine Teilansicht von oben her, wobei einzelne Teile
weggenommen sind, so daß ein Schnitt durch den Sauerstoff-Schneidgas-Einsatz entsteht,
Fig. i i einen vergrößerten senkrechten Schnitt durch einen der Bohrkanäle im Sauerstoff-Schneidgas-Einsatz
nach der Linie i i-1 i der Fig. fo, Fig. 12 einen ähnlichen Schnitt durch eine der
geraden Bohrungen im Sauerstoff-Schneidgas-Einsatz längs der Linie 12-r2 der Fig.
io, Fig. 13 eine vergrößerte Teilansicht von vorn vom Gasaustrittsende des Sauerstoff-Schneidgas-Einsatzes,
Fig. 14 eine vergrößerte Teilansicht des unteren Vorwärmbrennerblocks und des Kühlwasserbolzens,
der
zugleich den Vorwärmbrennerblock in seiner Lage festhält, Fig. 15 einen ebenen Schnitt
längs der Linie 15-i5 der Fig.14 mit der Wasserführung durch den unteren Vorwärmbrennerblock,
Fig. 16 die Stellung der einzelnen Schälbrennerköpfe an einem rechtwinkligen Werkstück.
Der obere und untere waagerecht liegende Kopf sind dabei mit der vollen Arbeitsbreite
benutzt, während der senkrechte rechte und linke Schälbrennerkopf zum Teil gedrosselt
sind. Es werden im Beispiel in jedem Kopf nur drei obere und drei untere Vorwärmbrennblocks
benutzt.
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Fig. 17 zeigt eine perspektivische Teilansicht, zum Teil im Schnitt,
für eine Abwandlung des Schälbrenners bei der Anwendung auf ein zylindrisches Werkstück,
Fig.18 einen Längsschnitt durch den Schälbrenner nach Fig. 17, Fig. 19 einen Teilschnitt
durch den Vorwärmbrennerringkopf mit den Gaskanälen, Fig.2o einen ähnlichen Schnitt,
jedoch mit den Kühlwasserkanälen, Fig. 21 einen ähnlichen Schnitt wie Fig. 19, diesmal
jedoch mit den Sauerstoffkanälen.
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Im einzelnen hat der Schälbrennerkopf nach den Fig. 1 und 2 einen
Düsenblock 12 und ein Sammelglied, das aus einem Sammelblock 1o und einer Stoßplatte
15 besteht. Der Sammelblock enthält eine Wahlventileinrichtung bekannter Konstruktion
zum Schließen unbenutzter Kanäle. Der Düsenblock 12 ist auf der Stoßplatte 15 mittels
Bolzen 1 i und die Stoßplatte 15 wiederum am Sammelblock 1o mittels Bolzen 13 befestigt.
Der Düsenblock 12 hat eine tiefe Aussparung 16 zur Aufnahme des Einsatzes 17. Dieser
Einsatz 17 bildet eine breite, durchgehende Schlitzdüse für das Sauerstoffgas. Die
obere Wandung der Aussparung 16 erstreckt sich etwas über die untere Wandung hinaus.
Ebenso hat der Einsatz eine etwas überhängende Oberlippe 18.
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Auf der Vorderseite des Düsenblocks 12 oberhalb der Aussparung 16
ist eine Reihe von entfernbaren und gegeneinander austauschbaren Vorwärmbrennerblocks
20 untergebracht, die auf der Oberlippe 18 sitzen und jeweils mit einem Bolzen 19
auf dem Düsenblock 12 befestigt sind. Wie Fig. 7 und 8 zeigen, hat jeder Vorwärmbrennerblock
eine Reihe von Vorwärmbrennern, die aus den Bohrungen 22 mit Einsätzen 24 gebildet
sind. Jeder Einsatz hat eine zentrale Bohrung 25 für das Sauerstoffgas und Längsaußenkanäle
26 und 27 für das Brenngas. Diese Außenkanäle liegen vorzugsweise diametral einander
gegenüber und sind durch Ringkanal 28 am Umfang des Einsatzes 24 miteinander verbunden.
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Wie Fig. 7 zeigt, erstrecken sich alle Bohrungen 22 in einen Sauerstoffgasquerkanal3o
in jedem Vorwärmbrennerblock. Dieser Querkanal versorgt alle zentralen Bohrungen
25 in den zugehörigen Einsätzen 24. Ebenso sind die Ringkanäle 28 nach Fig. 6 über
die Kanäle 32 mit einem quer laufenden Gaskanal 33 verbunden, der die Längsgaskanäle
26 und 27 gemeinsam versorgt. Für den Kühlwasserumlauf hat jeder Vorwärmbrennerblock
einen Wassereinlaßkanal36, eineAbführbohrung37, einen Überleitungskana138, einen
Steigkana139 und einen Wasserauslaßkanal 40.
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Auf der zurückversetzten Unterseite des Düsenblocks 12 unterhalb der
Aussparung 16 sitzt eine Reihe von entfernbaren und gegeneinander austauschbaren
unteren Vorwärmbrennerblocks 21 mit den gleichen Bohrungen, Einsätzen, Sammeleinrichtungen
und Kanälen für Sauerstoff-, Brenngas und Kühlwasser wie bei den oberen Vorwärmbrennerblocks
2o. Der Boden des Düsenblocks hat Kufen 41 zur Stützung des Schälbrennerkopfes.
Die kurzen Vorwärmbrennerblocks lassen sich leicht an- oder abbauen. Die zylindrischen
Einsätze 24 lassen sich mittels Schraubenautomaten genau und ohne Schwierigkeiten
anfertigen und bei Beschädigung leicht aus ihren Lagern herausziehen und entfernen.
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Wie Fig. 1o zeigt, wird der das Sauerstoffgas führende Düseneinsatz
17 von Bolzen 44 in der Aussparung 16 gehalten. Die Bolzen 44 laufen dabei
durch die Rückseite des Düsenblocks 12. Wie aus Fig. 1o weiter hervorgeht, hat der
Einsatz 17 ein Endstück 45 mit einer Mehrzahl von sich quer erstreckenden Sauerstoffgaskammern
46. Ein Teil des Endstückes 45 hat wiederum eine Mehrzahl von Längsbohrungen 47
mit abgestuftem Durchmesser. Die kleineren Durchmesser erstrecken sich in die Gaskammern
46. Die nach außen liegenden Enden 48 der Bohrungen sind von größerem Durchmesser,
entsprechend Fig. i i. Wie aus Fig. 12 hervorgeht; hat das äußerste Endstück Bohrungen
49, die mit einheitlich größerem Durchmesser als die Bohrungen 47 bis zur Kammer
46 laufen. Dies dient zur Zuführung eines kräftigen Gasstromes bei der Eckenbehandlung
eines vierkantigen Werkstücks: Eine obere Platte 52 und eine untere Platte 53 bilden
das Widerlager des Einsatzes 17. Rippen 54 halten die beiden Platten in einem bestimmten
Abstand voneinander und erstrecken sich ein Stück von dem Endstück 45 gegen die
Mündung des Düsenstücks hin. Seitenplatten 55 begrenzen, den Einsatz seitlich. Diese
seitlichen Begrenzungen sind vorzugsweise als Flansche auf die untere Platte 53
aufgesetzt.
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Das Düseneinsatzstück 17 besteht vorzugsweise aus rostfreiem Stahl
oder einem anderen besonders widerstandsfähigen Material und setzt so der Hitze
bei der Schälbehandlung größeren Widerstand entgegen. Die überhängende Oberlippe
18 erlaubt auch bei größeren Brennerkopfabständen noch einen befriedigenden Arbeitsbeginn,
da die oberen Vorwärmbrenner dicht am Werkstück münden. Außerdem erlaubt die erhöhte
Sauerstoff-Schneidgas-Geschwindigkeit am Ende der Düsenreihe die gleichmäßige Schälung
an den Ecken, falls ein vierseitiges Werkstück mit vier solchen Düsen bearbeitet
wird.
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Das Sauerstoffgas für die Düse 17 wird durch ein Sammelglied 56 (Fig.
1) im Sammelblock 1o zugeführt. Der Sammelblock kann ein Steuerventil im Raum 14
zum Schließen unbenutzter Kanalzweige 57 enthalten. Die Kanalzweige 57 münden in
ein Kanalsystem 58 in der Stoßplatte 15 und
dieses wiederum in ein
Kanalsystem 59 im Düsenblock 12, der seinerseits die Verbindung zu den Querkammern
46 auf der Rückseite des Düseneinsatzes 17 trägt. Der Sammelblock 1o und
die Stoßplatte 15 haben Paßflächen mit entsprechenden Öffnungen für die zueinander
gehörigen Kanäle. Die Stoßplatte 15 und der Düsenblock 12 haben ebenfalls entsprechende
Paßflächen und Öffnungen.
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Brenngas, z. B. Acetylen, wird aus .dem Sammelglied 6o im Sammelblock
1o, der zugleich auch das VG'ahlventil6l enthalten kann, zugeführt: Das Sammelglied
6o hat Kanäle 62, die in Kanäle 63 in der Stoßplatte 15 und von vorn in Kanäle 64.
im Düsenblock 12 führen. All diese Verbindungen werden durch entsprechende Öffnungen
an den Paßflächen des Sammelblocks der Stoßplatte und des Düsenblocks hergestellt.
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Jeder Gaskanal 64 hat einen Kanalstrang 65 (Fig. 5) zur Verbindung
mit dem Sammelglied 33 für die Gasversorgung in jedem oberen Vorwärmbrenner. Diese
Verbindung kommt durch entsprechende Verbindungen in den Paßflächen vom Vorwärmbrennerblock
und der oberen vorspringenden Seite des Düsenblocks zustande. Die anderen Kanalzweige
66 für das Brenngas erstrecken sich nach hinten um die und unterhalb der tiefen
Aussparung 16 und des Düseneinsatzes 17 nach einem vorwärts gerichteten Kanal 67,
der mit dem Brenngasversorger der unteren Vorwärmbrennerblocks durch entsprechende
Öffnungen verbunden ist.
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Das . Vorwärmbrennersauerstoffgas wird durch einen Gaseinlaß
69, der- wiederum mit dem Sammelkanal 70 in der Stoßplatte 15 verbunden
ist, zugeführt. Der Sammelkanal 70 (Fig. i) hat seinerseits zwei Kanäle 71, die
mit den Kanalzweigen 72 im Düsenblock 12 zusammenarbeiten. Diese Kanalzweige 71
und 72 sind mit entsprechenden Öffnungen in den Paßflächen des Düsenblocks 12 und
der Stoßplatte 15 verbunden.
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Die Kanalzweige 72 verteilen sich in gleicher Weise wie die Gaskanäle
64 auf die oberen Gaskanäle 73 zum oberen Vörwärmbrennerblockverteiler
30 und unteren Kanäle 74 zu den entsprechenden unteren Vorwärmbrennerblocks.
Auch hierbei erfolgt die Überleitung an den Paßflächen durch entsprechende Bohrungen.
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Zur Abschaltung einzelner Vorwärmbrennerblocks bei der Behandlung
schmaler Werkstücke hat jeder Gaszweig 71 (Fig. i) in der Stoßplatte ein Ventil
75 in seinem Kanal sitzen, das mittels eines Handgriffes 76, 77 von der Vorderseite
der Stoßplatte 15 betätigt werden kann.
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Fig. 16 zeigt den niedrigsten Block, den man mit dem Gerät noch bearbeiten
kann, wobei gerade noch drei obere und drei untere Vorwärmbrennerblocks arbeiten.
Höhere Blöcke erfordern natürlich eine größere Zahl in Betrieb befindlicher Vorwärmbrenner.
Hierzu öffnet man die Ventile 75 (Fig. g), die sechs von den neun gezeigten Vorwärmbrennerblockpaaren
steuern.
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Das Kühlwasser wird aus der Kammer 78 im Sammelblock 1o durch einen
Kanal 79 in der Stoßplatte 15 über einen Querkanal 8o im Düsenblock
12 zugeführt. Der Ouerkanal 8o arbeitet mit einem Kanal 81 in der Endplatte 83 zusammen,
der wiederum mit einem OOuersammelkanal 82 auf dem Grund des Düsenblocks 12 verbunden
ist.
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Die unteren Vorwärmbrennerblocks 21 werden entsprechend Fig. 1¢ durch
Hohlbolzen 85 an der Unterseite des Düsenblocks gehalten. Diese Bolzen sitzen in
Bohrungen im Düsenblock und sind von verschiedenen seitlichen Bohrungen 87, die
sich nach der Wässersammelleitung 82 öffnen, unterbrochen. Nach Fig. 15 haben die
Vorwärmbrennerblocks 21 üherleitungskanäle 88 zur Verbindung der Bohrungen 86 mit
den Rückführkanälen 89 im Düsenblock, die wiederum mit einer quer liegenden
Sammelleitung go für die Wasserrückführung verbunden sind.
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Nach Fig. 2 ist die Sammelleitung go für die Wasserrückführung über
einen Kanal g1 in der Endplatte 83 mit der oberen Sammelleitung 92- für die Wasserrückführung
verbunden. Die Sammelleitung 82 für den Wassereinlaß schließt an einen Kanal
93 für die obere Einlaßsammelleitüng 9q. mit ihrem Kanalsystem
95 zu den oberen Vorw ärmbrennerblocks und deren Wassereinlässen 36 an. Hierzu
dienen Öffnungen in den Paßflächen der oberen Vorwärmbrennerblocks und der Vorderseite
des Düsenblocks. Die Wasserauslässe 40 sind gleicherweise mit dem Kanalsystem
96 der Wasserauslaßsammelleitung g2 verbunden, die ihrerseits wiederum einen
Auslaß 97 mit Kanal 98 der Stoßplatte 15 zur Auslaßsammelleitung kg
im Sammelblock 1o hat.
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Die Fig. 17 bis 21 zeigen die Ausbildung des Gegenstandes der Erfindung
für die Bearbeitung von Rundmaterial. Das Sauerstoffschneidgas wird hier durch Einlässe
Zoo in einen Ring 112 zugeführt, der abgefederte Riffelführungen 151 hat. Bolzen
113 halten am Ring 112 einen Paßring 115, an den sich wiederum mittels der Bolzen
i i i ein Düsenring i 1o anschließt. Ein äußerer Vorwärmbrennerring 12o sitzt schließlich
am Düsenring i 1o mittels Bolzen i 1g und ein innerer Vorwärmbrennerring 121 am
Paßring 115 mittels Bolzen 185. Der Paßring 115 hat Bohrungen 49, um den Sauerstoff
einer konischen Aussparung 117 zwischen dem Düsenring und dem inneren Vorwärmbrennerblock
121 zuzuführen. Die Bohrungen 149 haben alle die gleiche Neigung. Der äußere Vorwärmbrennerblock
12o erstreckt sich nach außen und bildet dabei eine etwas überhängende Lippe 118:
Der äußere Vörwärmbrennerring hat eine Reihe von Bohrungen 122, die ebenfalls zu
einem konzentrisch um die Aussparung 117 angeordneten Konus gehören. Jede Bohrung
hat dabei Einsätze 2q.; die den Einsätzen der Fig. 6, 7 und 8 entsprechen. Die Bohrungen
122 erstrecken sich in einen Vorwärmsauerstoffversorgungsring 170, der über den
Einläß 169 beschickt wird. Kanäle 132 führen von einem Gasversorgungsring 133 mit
der Einlaßöffnung 16o über die Kanäle 132 zu den Acetylenkanälen an den Einsätzen
2q.. Der äußere Vorerhitzerring hat eine ringförmige Kühlkammer 192, die ihre Kühlflüssigkeit
über den Einlaß rgg erhält.
Nach Fig. i9 hat der innere Vorwärmbrennerblock
121 eine konisch angeordnete Reihe von Bohrungen 167, die von dem Gasversorgerring
166 abgehen. Der Gasversorgerring 166 wird durch Kanäle 165 aus einem Einlaß 164
versorgt. Fig. 20 zeigt die Versorgung des Ringkühlraumes 187 aus dem Einlaß 185
mittels der Kanäle 186. Die Rückführungen und der Auslaß für die Kühlflüssigkeit
sind nicht gezeigt. Aus Fig. 21 ist schließlich noch zu entnehmen, daß man auch
Luft zur Erzeugung der inneren Vorwärmbrennerflammen zuziehen kann; diese Luft wird
dann durch die Bohrungen 173 von einem Ringversorgungsraum 172 über Einlaß
170 zugeführt.