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Verfahren und Brenner zum Brennschneiden grosser Materialdicken
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Brennschneiden grosser Materialdicken, vorzugsweise solcher über 100 mm und einen Brenner zur Ausübung dieses Verfahrens.
Es sind bereits Verfahren bekannt, die für das Brennschneiden von Materialdicken über 100 mm eingesetzt werden.
In der Praxis hat sich besonders das Niederdruckschneidverfahren als geeignet erwiesen, da es einen Schneidstrahl mit kritischer Geschwindigkeit - also mit Schallgeschwindigkeit - zu erzeugen gestattet, dessen Parallelität als fast ideal angesehen werden kann.
Dazu sind Schneidbrenner bekannt, bei denen der Durchmesser des Sauerstoffschlauches und der Sauerstoffdurchgang im Brenner- und Schneidsauerstoffventil so ausgelegt sind, dass ihre lichte Weite immer bedeutend grösser ist als der der Schneiddüse. Das erlaubt - ohne Berücksichtigung der ReibungsDruckverluste-den Druck vor der Schneiddüse gleich am Druckminderer einzustellen. Weiterhin sind Schneidbrenner bekannt, deren Sauerstoffkanal im Brennerkopf eine zylindrische Form besitzt und deren Durchmesser gleich dem des Eingangsdurchmessers der Düse ist.
Mit Zunahme der zu schneidendenMaterialstärken verlangt der steigende Sauerstoffdurchsatz immer grössere Querschnitte der Schneidsauerstoffzuführungsleitung. Dieser Nachteil macht sich besonders bei der Verwendung von Schneiddüsen, die mit niedrigen Sauerstoffdrücken arbeiten, bemerkbar. Schläuche, Ventile und andere Teile solcher Schneidbrenner werden deshalb sehr gross, wodurch die Geräte schwer und unhandlich besonders für die Handbedienung werden. Deshalb werden die üblichen Handschneidbrenner nur bis zu einer begrenzten maximalen Schneiddicke gebaut, die zwischen 100 bis 300 mm liegt.
Es sind auch Handbrenner mit Schneidleistungen über dieser Grenze bekannt, deren Gewicht aber sehr gross, meist über 4 kg ist. Dieses grosse Gewicht verlangt von den Brennschneidern, besonders beim Schneiden in Zwangsposition, grosse körperliche Belastung und deshalb sind diese Geräte praktisch nicht für Ilandbedienung geeignet.
Um die erforderliche Schneidleistung des Brenners zu gewährleisten, ist es notwendig, die lichte Weite des Sauerstoffkanals im Brennerkopf gross zu halten.
Zweck der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Brennschneiden grosser Materialdicken zu entwickeln, welches die Abmessungen und damit das Gewicht der Schneidbrenner zu verringern gestattet, wodurch die physische Belastung des Bedienungspersonals vermindert werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Brennschneiden grosser Materialdicken zu entwickeln, welches die Vorteile des Niederdruckschneidprozesses benutzt und den für diesen Brennschneidvorgang hohen Sauerstoffdurchsatz mit wesentlich geringeren Kanaldurchmessern ermöglicht.
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Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass einem Schneidbrenner Sauerstoff unter einem wesentlich höheren Druck als dem kritischen Druck zugeführt und vor dem Eintritt in die Schneidsauerstoffdüsenbohrung auf einen niederen Druck von 0, 3 bis 3, 5 kp/cm2, der vorzugsweise um den kritischen Druck liegt, entspannt wird.
Als kritischer Druck ist hiebei der Druck gegenüber einem Bezugsdruck zu verstehen, der notwendig ist, um einen Gasstrahl mit Schallgeschwindigkeit aus einer Düse ausströmen zu lassen.
Dieses Druckverhältnis bezieht sich immer auf das Verhältnis des Gasdruckes vor der Düse zu dem Gasdruck nach der Düse und beträgt für zweiatomige Gase immer 0, 528. Formelmässig kann diese Relation mit pI'" 0, 528, ausgedrückt werden. Da bei einem Schneidbrenner der Bezugsdruck am Ausp2 trittsende der Düse etwa gleich dem atmosphärischen Druck, also 1 ata, ist, ergibt sich aus der oben angeführten Gleichung für den Druck vor der Brenndüse ein Wert von 1, 89 ata, der einem Druck von 0, 89 kp/cm2 entspricht, der den kritischen Druck von Sauerstoff darstellt.
Am Beginn der Durchführung des Verfahrens wird an einem Druckminderer, der sich unmittelbar am Sauerstoff-Versorgungsanschluss befindet, ein Druck von 10 bis 18 kp/cm2 eingestellt. Bei geschlossenem Schneidsauerstoffventil wird dieser Druck innerhalb der Zuführungsleitungen des Brenners bis zum Schneidsauerstoffventil wirksam. Beim Öffnen des Schneidsauerstoffventils strömt der Sauerstoff in einen zwischen diesem Ventil und der Schneiddüse angeordneten Entspannungsraum, wobei der Druck bis auf einen Wert in der Grössenordnung des kritischen Druckes abfällt. Erfahrungsgemäss sind Abweichungen von diesem Wert im Bereich von 0, 3 bis 3, 5 kp/cm2 ohne schwerwiegende Fehler in der Ausbildung des Schneidstrahlers bzw. im Brennschnitt möglich.
Beim Öffnen des Schneidsauerstoffventils fällt gleichzeitig auch der Druck in den Zuführungsleitungen vor diesem Ventil um einen geringen Betrag ab. Beim Verlassen des Entspannungsraumes durchströmt der Sauerstoff die Schneiddüse und wird dabei auf atmosphärischen Druck entspannt.
Zur Durchführung des Verfahrens dient ein Schneidbrenner mit den dazugehörigen Anschlussleitungen, bei dem die Zuführungsleitungen für den Sauerstoff besonders ausgebildet sind. Für die einzelnen Elemente der Sauerstoffzuführungsleitung, wie Schneidsauerstoffschlauch, Anschlusselemente, Schneidsauerstoffkanal im Brennergriff und Ventildurchgang, ergeben sich in Abhängigkeit von Sauerstoffdruck und-durchflussmenge Mindestabmessungen für die Innendurchmesser.
Da der hohe Sauerstoffdruck sehr geringe Mindestabmessungen erforderlich macht, können die Zuführungsleitungen der erfindungsgemässen Vorrichtung sehr klein gehalten werden. Gegenüber den bisher bekannten Vorrichtungen wird dadurch eine bedeutende Verringerung der Abmessungen und des Gewichtes bei gleicher Leistung erreicht.
Die Zuführungsleitungen werden von einem Schneidsauerstoffventil abgeschlossen, hinter dem ein Entspannungsraum mit einem bedeutend grösseren Innendurchmesser angeordnet ist. Zur Kontrolle des Gasdruckes im Entspannungsraum ist eine Druckmesseinrichtung vorgesehen. Bei einer konstanten Länge der Zuführungsleitungen kann diese Einrichtung entfallen, nachdem zuvor am Manometer des Druckminderers der erforderliche Vordruck ermittelt wurde. An den Entspannungsraum schliesst sich ein Sauerstoffrohr an, das einen grösseren Durchmesser als die Schneiddüse aufweist. Das vordere Teilstück des Sauerstoffrohres ist konvergierend ausgebildet und geht kontinuierlich in das Profil der Schweissdüse über.
Dieser Anschlusskanal zur Schneiddüse kann auch zylindrisch oder divergierend in Übereinstimmung mit der Düsenform ausgebildet sein.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt in den kleinen Abmessungen der Brennerbauteile und der dadurch sehr leicht ausführbaren Konstruktion eines Handbrenners, der bis zu Schnittdicken von 1000 mm eingesetzt werden kann. Der Eingangsdurchmesser im Brennerkopf lässt sich zum engsten Durchmesser des Düsenprofils bei gleichem Materialaufwand wesentlich grösser halten, so dass eine Erhöhung der Schnittleistung, bezogen auf die Baugrösse, eintritt.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden :
Die dazugehörige Zeichnung zeigt das Brennerprinzip.
Am Druckminderer --10-- wird ein relativ hoher Druck, z. B. 10 at, eingestellt. Der Sauerstoffschlauch --9--, das Anschlusselement --8--, der Schneidsauerstoffkanal im Griffstück --7-- und das Schneidsauerstoffventil --6-- besitzen einen sehr kleinen Innendurchmesser. Bei geschlossenem Schneid- sauerstoffventil --6-- ist der am Druckminderer --10-- eingestellte Druck im Schneidsauerstoffschlauch und im Schneidsauerstoffkanal --7-- wirksam.
Bei geöffnetem Schneidsauerstoffventil --6-- tritt zwischen Druckminderer --10-- und Schneidsauerstoffventil --6-- ein geringer Druckabfall ein, so dass vor dem Schneidsauerstoffventil --6-- ein Druck von 8, 5 kp/cm2 herrscht. Nach dem Schneidsauerstoff-
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ventil --6-- ist ein Entspannungsraum --4-- angeordnet, dessen Innendurchmesser wie auch der Innendurchmesser des Sauerstoffrohres --3-- und gegebenenfalls der Eingangsdurchmesser der Schneiddüse bedeutend grösser sind als der Durchmesser der Zuführungsleitungen vor dem Schneidsauerstoffventil -- 6-- und als der Halsdurchmesser der Schneiddüse --1--. Im Schneidsauerstoffventil --6-- wird der am Druckminderer --10-- eingestellte Druck reduziert und erhält im Entspannungsraum --4-- den Wert,
der für die am Brennerkopf --2-- eingesetzte Düse --1-- erforderlich ist. Das Manometer --5-zeigt den Druck im Entspannungsraum --4-- an, der in diesem Beispiel 1, 0 kp/cm2 beträgt. Dieser Druck bleibt innerhalb des Entspannungsraumes --4-- und des Sauerstoffrohres --3-- bis auf einen ge-
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atmosphärischen Druck entspannt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Brennschneiden grosser Materialdicken, dadurch gekennzeichnet, dass einem Schneidbrenner Sauerstoff unter einem wesentlich höheren Druck als dem kritischen Druck zugeführt und vor dem Eintritt in die Schneidsauerstoffdüsenbohrung auf einen niederen Druck von 0, 3 bis 3, 5 kp/cm2, der vorzugsweise um den kritischen Druck liegt, entspannt wird.