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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Bearbeitung
oder Verarbeitung von Bauteilen oder von Werkstücken mittels autogener Prozesse.
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Stand der Technik
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Auf
dem technischen Gebiet der Autogentechnik sind als verschiedene
Flammprozesse, wie das Richten, das Schneiden, das Wärmen, das
Löten oder
das Fugenhobeln mit einer Flamme, seit langem eingesetzte, manuell
handhabbare oder maschinell automatisierbare Prozesse, mittels derer
Bauteile oder Werkstücke
bearbeitet oder verarbeitet werden können.
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Als
Flamme wird dazu eine Flamme verwendet, die aus einem Brenngas oder
einem Brenngasgemisch und einem Oxidator entsteht. Als Brenngas werden
meist die Gase Acetylen, Methan, Ethen, Propen oder Methylacetylen
oder Gasgemische daraus verwendet. Jedoch können auch andere als diese
marktüblichen
und für
die verarbeitende Industrie wichtigen Brennstoffe verwendet werden.
Von allen Brenngasen weist Acetylen die höchste Flammtemperatur auf.
Als Oxidator wird Sauerstoff oder auch Luft engesetzt.
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Autogene
Prozesse sind Verfahren, bei welchen mit einer Flamme gearbeitet
wird. So dient beispielsweise das Flammrichten dem Beseitigen von Formveränderungen,
die sich im Herstellungsprozess von Bauteilen oder Werkstücken ergeben.
Wie etwa dem "Handbuch
der Flammrichttechnik",
Fachbuchreihe Schweißtechnik,
Band 124, DVS-Verlag, Düsseldorf
1995 oder dem Prospekt "Tipps
für Praktiker.
Flammrichten." (Ausgabe
Juni 2005) der Firma Linde entnehmbar ist, wird das Bauteil oder
Werkstück
beim Flammrichten erwärmt.
Dadurch werden unerwünschte
Formveränderungen
aufgehoben.
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Das
autogene Brennschneiden gehört
zu den thermischen Trennverfahren. Unter Flammwärmen wird das örtliche
Erwärmen
zur Umformung von Bauteilen verstanden. Flammlöten ist ein Fügeprozess,
bei dem eine Verbindung mittels Lots hergestellt wird. Fugenhobeln
ist ein Verfahren um fehlerhafte Schweißnahtverbindungen zu beseitigen.
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Hinsichtlich
der bei autogen Prozessen eingesetzten Ausrüstung werden Brenner in Abhängigkeit
vom jeweiligen Anwendungsfall und in Abhängigkeit von der Dicke des
Bauteils oder Werkstücks
verwendet (vgl. 1), wie Einflammen- oder Eindüsenbrenner
oder Flammenbrenner, bei welchen mehrere, aus einem Brennerkopf
austretende Einzelflammen eine einzige, gemeinsame Flamme ergeben, oder
Mehrdüsenbrenner,
bei welchen mehrere Düsen
jeweils eine Flamme aufweisen oder auch Sonderbrenner.
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Bei
den vorbeschriebenen, von Hand oder maschinell geführten Prozessen
der Autogentechnik, bei denen offene Flammen, insbesondere offene Brenngas-Sauerstoff-Flammen oder offene
Brenngas-Luft-Flammen zum Einsatz kommen, erscheint eine Reduzierung
der im Abgas des Brenners enthaltenen Schadstoffkonzentration, insbesondere
der Konzentration an Stickstoffoxiden (NOx),
wie etwa an giftigem Stickstoffmonoxid (NO) und/oder Stickstoffdioxid
(NO2) und an anderen schädlichen Verbindungen, erstrebenswert,
nicht zuletzt um bestehende Schadstoffgrenzwerte einzuhalten und
damit einhergehend die Schadstoffemissionen sowie die Umweltbelastung
zu minimieren und auf diese Weise gesundheitliche Belastungen des
Bedieners des Brenners weitestgehend auszuschließen.
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Darstellung der vorliegenden Erfindung:
Aufgabe, Lösung,
Vorteile
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Ausgehend
von den vorstehend dargelegten Nachteilen und Unzulänglichkeiten
sowie unter Würdigung
des umrissenen Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung
die Aufgabe zugrunde, eine zum Be- oder Verarbeiten mindestens eines
Bauteils oder Werkstücks
mittels autogener Prozesse vorgesehene Vorrichtung sowie ein Verfahren
zum Be- oder Verarbeiten mindestens eines Bauteils oder Werkstücks mittels
autogener Prozesse so weiterzubilden, dass eine Reduzierung der
Schadstoffkonzentration, insbesondere der Konzentration an Stickoxiden
(NOx) und anderer schädlichen Ver bindungen, erzielt
wird.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Hüllgaseinrichtung
mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, durch eine Vorrichtung
mit den im Anspruch 6 angegebenen Merkmalen sowie durch ein Verfahren mit
den im Anspruch 8 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
und zweckmäßige Weiterbildungen
der vorliegenden Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Mithin
basiert die vorliegende Erfindung auf der Bereitstellung einer Hüllgaseinrichtung
zur zumindest teilweisen Umhüllung
der Flamme des autogenen Prozesses. Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet
somit, dass die Flamme des autogenen Prozesses zumindest teilweise
von einem Hüllgas umhüllt wird.
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Mittels
dieser Hüllgaseinrichtung
kann mindestens ein Hüllgas
so geführt
werden, dass dieses Hüllgas
nach Art mindestens eines Gasvorhangs mindestens eine aus dem Brenner
in Richtung des Bauteils oder Werkstücks austretende Flamme, zumindest
teilweise umhüllt.
Besonders von Vorteil ist eine vollständige Umhüllung der Flamme.
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In
vorteilhafter Weise kann es sich beim im Zwischenraum zwischen der
Außenwand
der Düse und
der Innenwand der Hüllgaseinrichtung
geführten Hüllgas oder
Vorhanggas (im Sinne eines einen Vorhang erzeugenden Gases) um mindestens
ein Gas oder eine Gasmischung aus der Gruppe der Gase Argon, Sauerstoff,
Kohlendioxid, Helium, Stickstoff und Wasserstoff oder deren Gemische
handeln. Auch kann es von Vorteil sein, dass eine Gasmischung zum
Einsatz kommt, die normalerweise als Formiergas oder als Schweißschutzgas
dient. Andere inerte Gase, wie beispielsweise Neon sind ebenfalls
möglich.
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Das
Abschotten der aus der Düse
in Richtung des Bauteils oder Werkstücks austretenden Flamme mittels
des in Form des Hüllgases
erzeugten Gasevorhangs bewirkt, dass die Flamme konzentrierter auf
das Bauteil oder Werkstück
einwirken kann. Somit wird die Flamme mittels der Hüllgaseinrichtung,
die auch als Hüllstromeinrichtung
bezeichnet werden kann, konzentriert.
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Gemäß einer
besonders erfinderischen Weiterbildung kann mittels des Hüllgases
die im Abgas der Vorrichtung enthaltene Schadstoffkonzentration, insbesondere
die Kon zentration an Stickstoffoxiden (NOx),
wie etwa an giftigem Stickstoffmonoxid (NO) und/oder Stickstoffdioxid
(NO2) und anderen unerwünschten Verbindungen, reduziert
werden, indem die Flamme durch das Hüllgas abgeschottet wird und durch
dieses Abschotten der Flamme der Eintrag von Atmosphäre weitestgehend
bis vollständig
verhindert wird. In diesem Zusammenhang ermöglicht die vorliegende Erfindung
eine
- – sowohl
der Gesundheit des Bedieners des Brenners
- – als
auch der Einhaltung von Grenzwerten
zuträgliche Schadstoffminimierung.
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Für die Hüllgaseinrichtung
sind verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungen möglich. Gemeinsam ist diesen
Ausgestaltungen, dass das Hüllgas, insbesondere
zwischen Brenneraußenseite
und Innenseite der Hüllgaseinrichtung,
derart geführt
werden kann, dass die Brenngas(gemisch)flamme zumindest teilweise,
jedoch zweckmäßigerweise
möglichst
vollständig
vom durch das Hüllgas
gebildeten Gasvorhang eingeschlossen wird.
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Die
jeweilige konkrete Form der Hüllgaseinrichtung
ist auch davon abhängig,
wie intensiv die Flamme umhüllt
werden soll. Um beispielsweise eine besonders intensive und stabile
Ummantelung der Flamme zu gewährleisten,
ist der Einsatz einer Hüllgaseinrichtung
nach Art eines geschlossenen Hohlzylinders von besonderem Vorteil.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, einen Hohlzylinder oder ein
Rohr über
den Brenner oder zumindest über
den Brennerkopf oder die Düse
zu führen.
Vorteilhafterweise ist das Rohr zum Werkstück hin ganz offen. Möglich ist auch,
dass an der Seite zum Bauteil hin ein Netz oder ein mit Bohrungen
versehener Boden angebracht ist. In einer anderen zweckmäßigen Ausgestaltung
kann die Hüllgaseinrichtung
auch ein Ring sein, der den Brenner oder die Flamme umgibt und aus
welchem das Hüllgas
ausströmt
und den Gasvorhang bildet.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung kann auch eine oder mehrere weitere
Hüllgaseinrichtung, insbesondere
eine zweite Hüllgaseinrichtung
zum Einsatz gelangen, wobei in zweckmäßiger Weise die erste Hüllgaseinrichtung
und die zweite Hüllgaseinrichtung
konzentrisch angeordnet sind. Eine derartige zweite Hüllgaseinrichtung
ist insbesondere dann von Nutzen, wenn mit verschiedenen Arten von
Hüllgas
und/oder mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten des
jeweiligen Hüllgases
und demzufolge mit mehr als einem Gasvorhang gearbeitet wird, zum
Beispiel um ein besonders hohes Maß an Abschottung der Flamme
zu erzielen.
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In
besonders vorteilhafter Weise ist
- – beim Einflammen-
oder Eindüsenbrenner
der Düse
eine Hüllgaseinrichtung
zugeordnet,
- – beim
Flammenbrenner, bei dem viele kleine Einzelflammen eine aus dem
Brennerkopf austretende Flamme bilden, dem Brennerkopf eine Hüllgaseinrichtung
zugeordnet zugeordnet,
- – beim
Mehrdüsenbrenner,
insbesondere beim Mehrdüsenrichtbrenner
jeder der mehreren Düsen
jeweils eine eigene Hüllgaseinrichtung
zugeordnet und
- – beim
Sonderbrenner dem Brennerkopf eine Hüllgaseinrichtung zugeordnet
ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft schließlich die Verwendung mindestens
einer Hüllgaseinrichtung
gemäß der vorstehend
dargelegten Art und/oder mindestens einer Vorrichtung gemäß der vorstehend dargelegten
Art in der Autogentechnik, so etwa beim Bearbeiten oder Verarbeiten
eines Bauteils oder Werkstücks
- – mittels
Flammrichten,
- – mittels
Brennschneiden oder
- – mittels
Flammwärmen
oder
- – mittels
Flammlöten
- – mittels
Fugenhobeln.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Wie
bereits vorstehend erörtert,
gibt es verschiedene Möglichkeiten,
die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten
und weiterzubilden. Hierzu wird einerseits auf die dem Anspruch
1 sowie dem Anspruch 6 nachgeordneten Ansprüche verwiesen, andererseits
werden weitere Ausgestaltungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung nachstehend unter Anderem anhand des durch 2 veranschaulichten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1 in
schematischer Darstellung verschiedene Ausführungsbeispiele für konventi onelle Flammvorrichtungen
nach Art eines Einflammen- bzw. Eindüsenbrenners, eines Flammenbrenners,
eines umschaltbaren Dreidüsenbrenners
und eines Sonderbrenners; und
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2 in
schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung, die eine Hüllgaseinrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung aufweist und nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet.
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Gleiche
oder ähnliche
Ausgestaltungen, Elemente oder Merkmale sind in 1 und
in 2 mit identischen Bezugszeichen versehen.
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Bester Weg zur Ausführung der
vorliegenden Erfindung
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In 2 ist
ein Ausführungsbeispiel
eines Flammenbrenners für
autogene Verfahren bestimmten Vorrichtung, das heißt eines
Flammbrenners 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt.
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Die
anhand 2 veranschaulichte Art der Anordnung eines Brennerkopfs 10 ermöglicht einen kostengünstigen
und effektiven Einsatz des Flammbrenners 100 beim gewünschten
Autogenflammverfahren.
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Der
Flammbrenner 100 gemäß 2 zeichnet
sich durch eine hohlzylinder- oder ringförmige Hüllgaseinrichtung 20 aus,
die zum Führen
eines Hüllgases
H zwischen der Außenwand 12 des
Brennerkopfs 10 und der Innenwand 22 der Hüllgaseinrichtung 20 bestimmt
ist. Mit diesem Hüllgas
H kann nach Art eines Gasvorhangs die am Gasaustrittsort 14 in
Richtung des Bauteils B austretende Acetylen-Sauerstoff-Flamme F
eingeschlossen werden, so dass die Flamme F konzentrierter auf den
sich auf der Oberfläche
des Bauteils B befindlichen Wirkpunkt P einwirken kann.
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Aus
der exemplarischen Darstellung gemäß 2 geht des
Weiteren hervor, dass der dem Bauteil B zugewandte Endbereich 24 der
Hüllgaseinrichtung 20 in
Bezug auf den Gasaustrittsort 14 ein Stück vorsteht, um eine besonders
intensive und stabile Abschottung der Flamme F zu erreichen. In
Abhängigkeit
von Art und Zweck des Flamm prozesses ist dies jedoch nicht obligatorischer
Bestandteil der vorliegenden Erfindung. So kann die Hüllgaseinrichtung 20 auch
in etwa gleich lang wie der Brennerkopf 10 sein oder die
Hüllgaseinrichtung 20 kann
auch kürzer als
der Brennerkopf 10 sein.
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Im
Zuge einer größtmöglichen
Symmetrie der anhand 2 veranschaulichten Anordnung 100 ist
die Hüllgaseinrichtung 20 in
Bezug auf den Brennerkopf 10 so angeordnet, dass die Symmetrieachse der
Hüllgaseinrichtung 20 mit
der Symmetrieachse A des Brennerkopfs 10 zusammenfällt.
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In
einer beispielhaften Ausgestaltung für einen Einflammen-/Eindüsenbrenner
oder auch eines Mehrdüsenbrenners
ist anstelle des Brennerkopfs 10 ist eine Düse, aus
welcher eine Flamme F austritt, in dem Flammbrenner 100 angeordnet.
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Für den Erfolg
des autogenen Prozesses ist die Leistungskraft des Brenngases von
besonderer Bedeutung. Die sehr hohe Temperatur der Acetylen-Sauerstoff-Flamme
F in Verbindung mit einer hohen Wärmeleistung der Acetylen-Sauerstoff-Flamme F
ergibt einen maximalen Effekt, der sich in hoher Wirtschaftlichkeit
und Effizienz niederschlägt.
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Die
Vorteile der vorliegenden Erfindung zeigen sich für alle Brenngase.
Verschiedene Brenngase werden beispielsweise in der Norm EN ISO
5172 genannt, wenn auch die Aufzählung
dort nicht erschöpfend
ist. Als Verbrennungspartner kann anstelle von Sauerstoff auch Druckluft
eingesetzt werden. Die Brennergröße wiederum
ist in Abhängigkeit
von der Art des Werkstoffs B und/oder von der Dicke des Werkstoffs
B zu wählen.
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Die
vorbeschriebenen Vorteile, zu denen insbesondere auch eine signifikante
Herabsetzung der Schadstoffkonzentration im Brennerabgas und damit einhergehend
eine Minimierung sowohl der gesundheitlichen Belastungen des Bedieners
des Brenners gehört,
zeigen sich bei der vorliegenden Erfindung speziell in Kombination
mit der Verwendung geeigneter Hüllgase,
wie etwa Argon, Sauerstoff, Kohlendioxid, Helium, Stickstoff und
Wasserstoff und deren Mischungen, wie spezielle Mischungen, die
als Formiergase oder Schweißschutzgase
bekannt sind.
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- 100
- Zum
Be- oder Verarbeiten des Bauteils oder Werkstoffs oder Werkstücks B mittels
autogener Prozesse vorgesehene Vorrichtung
- 10
- Brennerkopf
- 12
- Außenseite
oder Außenwand
des Brennerkopfs 10
- 14
- Ende
oder Endbereich des Brennerkopfs 10, insbesondere Gasaustrittsort
- 20
- Hüllgaseinrichtung
oder Hüllstromeinrichtung
- 22
- Innenseite
oder Innenwand der Hüllgaseinrichtung 20
- 24
- Ende
oder Endbereich der Hüllgaseinrichtung 20
- A
- Symmetrieachse
des Brennerkopfs 10
- B
- Bauteil
oder Werkstoff oder Werkstück
- F
- Flamme
- H
- Hüllgas oder
Vorhanggas
- P
- Wirkpunkt,
insbesondere Auftreffpunkt der Flamme F auf dem Bauteil oder Werkstoff oder
Werkstück
B
- S
- Oberfläche des
Bauteils oder Werkstoffs oder Werkstücks B