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Brenneraggregat Zusatz zum Patent .
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(deutsche Patentanmeldung P 19 13 014.4) Die Erfindung betrifft ein
Aggregat zur Erzeugung einer hoch energetischen Flamme aus Sauerstoffgas oder Luft
und einem Brenngas, vorzugsweise Acetylen, nach Patent . ... ... (deutsche Patentanmeldung
P 19 13 014.4), bestehend aus einem Düsenstück, der einen mit einem Rückschlagventil
versehenen Anschluß fur Sauerstoffgas oder Luft und einen mit einem Rückschlagventil
versehenen Anschluß zur Brenngas sowie einen Ansohlut für eine Düsenkappe aufweist,
welch letztere ein sich zum Gasaustritt konisch verjüngendes Düsenschlitzstück dicht
umschließt, das mit sich in axialer Richtung unter einem Drall erstreckenden, um
den Umfang verteilten Sohlitzen versehen ist, wobei zwischen dem Düsenschlitzstück
und dem Düsenstock ein DruckdUsenstrick koaxial angeordnet ist, das einerseits Uber
eine
axiale Bohrung und einen Durchgang im Düsenstock mit dem Sauerstoffgasanschluß
und andererseits mit einer sich an die axiale Bohrung anschließenden Strahldüse
mit den Schlitzen des Düsenschlitzstückes verbunden ist und das von einem ringförmigen
mit dem Brenngasanschluß verbundenen Verteilungsraum umgeben ist, der mit den oberen
inden der Schlitze des Düsenschlitzstückes in Verbindung steht.
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Dieses Brenneraggregat nach dem Eauptpatent ist wnrmeunempfindlich,
erzeugt eine Flamme hoher Energie und ist daher durchaus einsatzfähig, weist jedoch
noch insofern einen Mangel auf, daß es in mechanischer Hinsicht noch nicht restlos
narrensicher ist.
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Wen nämlich die Düsenaustrittsöffnung mit einem Holzklotz vollständig
abgedeckt wird, ein Vorgang, der ftir einen Brenner die schwerste Belastung schlechthin
darstellt, treten zwei mögliche Situationen in Erscheinung: Entweder der Brenner
erlischt, oder es bildet sich eine Flammenrückdrift aus, die das Flammenspiel durch
die Kanäle im Düsenschlitzstück in Richtung der Druckdüse wandern läßt0 Die Druckdose
verbrennt dann im Sauerstoffstrom ähnlich einer Sauerstofflanze. Da die Druckduse
durch den expandierenden Sauerstoff von der Eingangsseite eine beachtliche Kühlung
erfährt, spricht die angelötet Ventilkugel als Sauerstoffsperre erst dann an, wenn
der
Lochkranz der Druckdüse verbrannt ist. Obwohl ein derartiger
Fall in der Praxis selten auftritt, muß doch damit gerechnet werden0 Der ErSindung
liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Brenneraggregat zu schaffen, bei dem jegliche
Brandgefahr ausgeschlossen ist und das somit dem Ideal recht nahe kommt. Um dies
zu erreichen, müssen folgende drei Bedingungen erfüllt werden, die fast utopisch
anmutant a) Die Austrittsöffnung der Strahldüse darf nicht, wie es beim Gegenstand
des Hauptpatentes der Fall ist, unmittelbar in den Einwirkungs- oder Diffusionsraum
einmünden, b) es muß von innen her eine wirksame Kühlung des Brenneraggregates erfplgen
und c) die Äuströmgeschwindigkeit des durch Diffusion erzeugten Mischgases muß auch
beim Gegendrücken eines Körpers'(1Iolzklotz) gegen das D -SuschlitzstUck erhalten
bleiben.
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Diese Aufgabenstellung wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
das Druckdüsenstück an dem die Strahldüse
aufweieenden Ende mit
einem zylindrischen Ansatz gasdicht in eine axiale Sackbohrung des Düsenschlitz3tückes
eingreift die dessen Schlitze an einer Stelle zwischen dem freien Ende des Düsendruckstückansatzes
und dem Ende der Sackbohrung unter einem sehr kleinen spitzen Winkel schneidet,
um Durchgänge vom Sauerstoffgas oder Luft führenden Teil des Aggregates zum Brenngas
führenden Teil zur Vermischung der Gase zu bilden und daß das Austrittsende des
Düsenschlitzstückes axial aus der Düsenkappe vorsteht.
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Das durch die Erfindung vervollkommnete Brenneraggregat stellt gegenüber
dem des Rauptpatentes einen außerordentlichen Bortschritt dar. Der Düsenstock und
damit die Sauerstoffgas- oder Luftzufuhr und die BrenngaszuSuhr bleiben gegenüber
dem Hauptpatent unverändert bestehen mit Ausnahme, daß die Drücke beider Gase etwas
anders einzustellen sind. Der Einwirkungs- oder Diffusionsraum gemäß dem Hauptpatent
entfällt in seiner Funktion und wird, wie noch ersichtlich werden wird, einem anderen
Zweck nutzbar gemacht. Das Sauerstoffgas bzw. die Luft wird als hochbeschleunigter
Strahl in die Sackbohrung des Dttsenschlitzstuckes gepreßt und kUhlt dabei infolge
seiner Expansion das DUsenschlitzstuck regenerativ von der Innenwandung aus. im
Ende der Sackbohrung wird der Sauesstofi- oder Luftstrahl in obens47Giele Strahl
sektoren
aufgeteilt wie Schlitze im Düsenschlitzstück vorhanden
sind. Die Strahlsektoren nehmen das in den Schlitzen befindliche und fast ruhende
Brenngas diffusiv auf und strömen mit dem Brenngas unter beachtlicher Rotation infolge
des Dralls der Schlitze durch die von der Düsenkappe abgedeckte Schlitzweglänge
zum Auslaß.
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Durch die Rotation beider Gase entsteht ein inniges Gasgemisch. Ferner
wird durch die Rotation infolge der auftretenden Fliehkraft das Gasgemisch an die
Schlitzwand gedrückt und kann somit im Bereich der freien Weglänge, also dort, wo
die Düsenkappe gegenüber dem Düsenschlitzstück zurückgesetzt ist, nicht nach außen
entweichen. Die Flamme brennt bei optimal eingestellten Drücken einwandfrei in einer
Entfernung von ca. 0,05 mm von der Mtindung des Düsenschlitzstückes entfernt, d.h.
die Plamme steht praktisch in der Luft.
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Nur ihre geometrische Form bezieht sie vom Düsenschlitzßtück. Nach
zweistundigem Betrieb des Brenneraggregates, bei dem er mit einem Sauerstoffdruck
von 6 atü und einem Acetylendruck von 0,45 atü gefahren wurde, betrug die Temperatur
an dem zur Mtindung hinweisenden Ende der Düsenkappe nur etwa 25 O"o Nachdem eine
Stahlscheibe gegen das Brenneraggregat drückt und so versucht wurde, das Düsenmundstück
vollständig zu schließen, wichen die Flammen ala Spiel zur Seite aus. Die Ausströmgeschwindigkeit
des
Gases wurde durch eine derartige Belastung in keiner Weise beeinflußt. Ein gleichartiges
Phänomen wird beim Holzandruck beobachtet. Preßt man jedoch das Holz geber einen
Zeitraum von etwa 30 Sekunden auf die Flamme, dann schmilzt das Düsenmundstück einfach
zu einer formlosen metallischen Masse zusammen, ohne daß sich dabei sensationelle
Erscheinungen bieten.
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Um eine äußerst gleichmäßige Verteilung des Brenngases beim Eintritt
in die Schlitze des Düsenschlitzstückes zu erreichen, sieht die bevorzugte AusfUhrungsform
des Erfindungsgegenstandes vor, daß der mit dem Brenngasanschluß in Verbindung stehende
Verteilungsraum durch einen sich radial auswärts vom Druekdüsenstück er streckenden
Flansch, der von einer Vielzahl von auf einem koaxialen Lochkreis gleichmäßig verteilten
Löchern axial durchsetzt ist, von einem gegenüber dem Sauerstoffgas oder Luft führenden
Teil des Aggregates abgedichteten Feinverteilungsraum getrennt ist, dessen axiale
Ausdehnung durch eine am Druckdüsenstück vorgesehene Schulter bestimmt ist.
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Die durch den Drall der Schlitze im Düasuschlitzstü¢k hervorgerufene
Rotation und die dadurch vermittelte Fliehkräft des Mischgases muß so groß sein,
daß es über die gesamte freie Weglänge hinweg an der Sohlitzwandung
fest
anhaftet, um zu vermeiden, daß die Schlitze ein Flammenspiel zeigen, das sich bis
zur Quelle des Mischgases innerhalb der Düsenkappe bei ungenügendem Drall der Schlitze
hinziehen kann. Aus diesem Grund besteht ein weiteres Merkmal der Erfindung darin,
daß der Drall der Schlitze des Düsenschlitzstückes etwa 2 beträgt, Ein Äusfiihrungsbeispiel
des Gegenstandes der Erfindung soll nunmehr anhand der beigefügten Zeichnung erläutert
werden Das in der Zeichnung dargestellte Brenneraggregat weist dieselben Bestandteile
wie das des Hauptpatentes auf, nämlich einen Düsenstock 1 mit Anschlüssen 19 und
20 £ur Sauerstoffgas oder Luft bzw. Brenngas, ein Druckdüsenstück 6, eine Düsenkappe
7 und ein Düsenschlitastück 8.
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Der Düsenstock 1 ist gegenüber dem des Hauptpatentes unverändert und
hat eine axiale Sackbohrune 2, die sich von dem dem Brenngasanschluß gegenüberliegenden
Ende in den DUsenstockkörper erstreckt und huber einen Kanal 23 mit dem Sauerstoffgasanschluß
19 verbunden ist. Vom Brenngasanschluß 20 erstrecken sich radial versetzt sur Sacktohrung
2 liegende axiale Kanäle 22 durch den ganzen
Düsenstockkörper und
münden in der dem BrenngasanschluB gegenüberliegenden Stirnfläche 35 aus.
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Das Druckdüsenstück 6 und das Düsenschlitzstück 8 sind in gleicher
Weise wie beim Hauptpatent mittels der ein Innengewinde 27 aufweisenden Düsenkappe
7, die auf einen dem Brenngasanschluß 20 gegenüberliegenden Gewindeansatz 28 aufgeschraubt
ist, am Düsenstock 1 befestigt.
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In konstruktiver Hinsicht weichen jedoch das Druckdüsenstück 6, die
Düsenkappe 7 und das Düsenschlitzstück 8 von denen des Hauptpatentes ab.
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Das Druckdüsenstück 6 weist an seinem dem Düsenschlitz stück 8 zugekehrten
sunde einen im Durchmesser gestuften Ansatz 37a auf, der sich an einen Umfangsflansct
14 anschließt, dessen Durchmesser im wesentlichen gleich dem Kerndurchmesser des
Innengewindes 27 der Düsenkappe ist und der von einer Vielzahl kleiner Bohrungen
39 die auf einem konzentrisch zur Druckdüsenstückachse liegenden Kreis gleichmäßig
verteilt sind, durchgriffen ist. An den Flansch 14 schließt sich auf der dem gestuften
Ansatz 37a gegenüberliegenden Seite ein zylindrischer im Durchmesser gestufter Abschnitt
6a an, dessen im Durchmesser größerer Teil sich mit einer die Kanäle 22 freilassenden
Schulter 25 an der Stirnfläche 35 des Düsenstockes 1 ab stützt, während der im Durchmesser
kleinerer
Abschnitt gasdicht in die Sackbohrung 2 des Düsenstockes 1 eingeschliffen isto Das
Druckdüsenstück 6 weist eine axiale gestufte Durchgangsbohrung 21, 37 auf, die durch
einen Kegelabsohnitt verbunden sind, wobei die kleinere Bohrung 37 eine 6auerstoffstrahldüse
bildet. An der Wandung des größeren mit der Sackbohrung 2 des Düsenstockes 1 in
Verbindung stehenden und flucht enden Bohrungsabschnittes 21 ist eine Metallkugel
5 angelötet, die bei unzulässiger Erwärmung abschmilzt und den Durchgang zur Sauerstoffstrahldüse
37 verschließt. Der im Durchmesser gestufte Ansatz 37a bildet eine sich auf der
Stirnfläche 9 des Düsenßchlitzstückes 8 abstützende Schulter, wobei der im Durchmesser
kleinere Teil gasdicht in eine axiale Sackbohrung 8a des Düsenschlitzstückes 8 eingreift.
Durch den Flansch 14 und die sich beiderseits daran anschließenden Abschnitte des
Druckdüsenstückes 6 werden Ringräume 17 und 18 gebildet, die uber die Bohrungen
39 des Flansches 14 in Verbindung stehen, jedoch vom Sauerstoff führenden Teil des
Aggregates völlig abgeschlossen sind. Hierbei bildet der über die Bohrungen 22 mit
dem Brenngasanschluß 20 in Verbindung stehende Raum 18 eine Brenngassammelkammer,
während der Raum 17 eine:e Brenngasfeinverteilungsraum bildet, dessen axiale Bemessung
durch die axiale Länge des im Durchmesser größeren Teiles des gestuften Ansatzes
37a bestimmt ist0
Das Düsenschlitzstück 8 ist ein langgestreckter
Körper und weist einen zylindrischen Abschnitt auf, der in einen konischen Abschnitt
übergeht. An dem dem Druckdüsenstück 6 zugekehrten zylindrischen Ende des Düsenschlitzstückes
8 ist ein radialer Bund 31 vorgesehen, an dem eine Schulter 32 der Düsenkappe 7
überwurfmutterartig angreift, um das Düsenschlitzstück 8 zusammen mit dem Druckdüsenstück
6 am Düsenstock 1 zu befestigen. In die Mantelfläche des Düsenschlitzstückes 8 sind
in gleichen Winkelteilungen zwölf 0,25 mm breite sich in Längsrichtung unter einem
Drallwinkel von 2 ° erstreckende Schlitze 11 eingefräst, die einen gedachten konzentrisch
zur Längsachse liegenden Zeins tangieren und die vom verjüngten zum anderen Ende
hin einen Winkel von 2 ° mit der Längsachse einschließen. ie schon bemerkt, er=
streckt sich vom Bundende eine axiale Sackbohrung 8a in das Düsenschlitzstück, die
die Schlitze unter dem erwähnten Winkel von 2 ° schneidet, so daß von dieser Schnittstelle
bis zum Boden der Sackbohrung 8a Durchgänge für das mit Schallgeschwindigkeit in
die Sack bohrung eingefElrte Sauerstoffgas geschaffen sind Dieser Durchgangsbereich
von der Sackbohrung 8a in die Schlitze 11 bildet den Dlrfusionsraum, Die Düsenkappe
7 weist eine sich an die Gewindebohrung 27 und die Schulter 32 anschließende Durchgangsbohrung
auf, die einen zylindrischen und einen konischen Abschnitt 29
bzwO
30 hat, wobei diese Abschnitte genau an das Düsenschlitz stück 8 angepaßt sind,
so daß alle Schlitze 11 gegeneinander abgedichtet sind. Die Länge der Düsenkappe
7,von der Schulter 32 gemessen, ist kürzer als die Länge des lüsenschlitzstückes
von der Auflagefläche des Bundes 31 gemessen, so daß das konische Ende des Düsenschlitz
stückes 8 ein bestimmtes Maß, im Ausführungsbeispiel 3 mm, aus dem-Ende der Düsenkappe
7 vorsteht. Der Boden der Sackbohrung 8a liegt innerhalb der Düsenkappe i und ca.
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weist im Ausführungsbeispiel einen Abstand von/7 mm vom Ende der Düsenkappe
7 auf.
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Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Brenner aggregat bleiben das
mit einem Druck von etwa 94 atü zugeführte Brenngas und das mit einem Druck von
etwa 6 atü zugeführte Sauerstoffgas bis zu der Schnittstelle der Sackbohrung 8a
mit den Schlitzen 11 des Düsenschlitzstückes 8 voneinander getrennt. Von dieser
Schnittstelle an bis zum Boden der Sackbohrung findet die Diffusion zwischen Brenngas
und Sauerstoffgas statt, wobei diese Gase auf der verbleibenden durch die Düsenkappe
7 abgedeckten Schlitzlänge innig vermischt werden. Auf der freien Schlitzlänge,
doho de Länge, die das Düsensehlitzstück 8 aus der Düe'iappc 7 vorsteht, ist die
durch den Drallwinkel der Schlitze 11 von 2 ° entwickelt Zentrifugalkraft so groß,
daß das Mischgas an
der Schlitzwandung fest anhaftet, so daß ein
optimales Flammenspiel erzielt wird. Wie schon bemerkt, ist ein Brenneraggregat
geschaffen, das völlig narren- und unfallsicher arbeitet und das auch bei Dauerbetrieb
keine unzulässig hohen Temperaturen annimmt