DE19512762A1 - Verfahren zum Zünden eines Brenners, insbesondere Maschinenstarkschneidbrenners, für die Materialbearbeitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zünden eines Brenners für die Materialbearbeitung und eine Zündeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Beim Schneiden, Flämmen oder Wärmen werden immer mehr Maschinen eingesetzt, die im Automatenbe­ trieb mit verringertem Bedienungspersonal arbei­ ten. Dabei werden die Schneid-, Flämm- oder Wär­ meprozesse von dem Bedienungspersonal nur noch gestartet und laufen dann weitgehend selbsttätig ab. Dabei muß die Brenngas-Sauerstoff- oder Brenngas-Luft-Flamme automatisch über das Steuerprogramm oder manuell vom Bedienfeld der Steuerung aus zündbar sein.

Hierzu ist es bekannt, in unmittelbarer Nähe der Schneiddüse in der Schneidsauerstoffleitung einen Zündfunken zu erzeugen, der ein Zündgas zündet, welches in die Schneidsauerstoffleitung strömt.

In der US 3,255,803 ist eine elektrisch leitende Schicht der Schneidsauerstoffleitung an einen Piezokristall angeschlossen, über dessen manuelle Betätigung der Zündfunke erzeugt wird. Sauerstoff und Brenngas wird dem Düsenkanal der gasemischen­ den Schneiddüse entnommen.

Bei dem in der DE-OS 29 27 695 offenbarten Flämm­ brenner ist die Zündeinrichtung in einer Seiten­ platte angeordnet. Ein Zünddraht ist über eine Leitung mit einer elektrischen Steuereinrichtung verbunden und mündet in einen Gemischraum. Diesem wird Brenngas und Sauerstoff über Gemischkanäle zugeführt, die innerhalb des Flämmbrenners an entsprechende Kanäle angeschlossen sind.

In der DE-PS 35 27 955 wird dahingegen der mit der Schneidsauerstoffleitung verbundene Zündraum direkt an eine Zündgasmengenregelvorrichtung an­ geschlossen. Die Zündeinrichtung selbst ist in­ nerhalb des Brennerkörpers angeordnet. Gemäß der DE-PS 38 27 750 strömt dabei das Zündgas mit größerem Druck zu dem Brenner und wird erst in dessen Nähe auf den benötigten Druck eingestellt.

Bei den vorbekannten Zündeinrichtungen werden die Zündfunken immer in unmittelbarer Nähe des Austritts des Zündgases aus der Düse erzeugt, um die Zündflammen an dem Ort zu erzeugen, an dem sie für die Zündung der Hauptflamme benötigt werden.

Dies führt jedoch zu einer Zündeinrichtung, die mit dem Brennerkörper gekoppelt ist. Der Brenner­ körper muß konstruktiv an die Zündeinrichtung an­ gepaßt werden, was einen erheblichen Entwick­ lungsaufwand besonders bei wassergekühlten Brennern bedeutet. Eine Nachrüstung älterer Brenner kommt nicht in Frage.

Es sind zwar weiterhin Zündeinrichtungen, die auf dem Bunsenbrennerprinzip basieren, bekannt, die außerhalb des Brennerkörpers angeordnet werden (DE-OS 23 04 215). Diese Zündeinrichtungen sind jedoch anfällig gegen Verschmutzungen und brennen während der gesamten Bearbeitungszeit der Brenn­ schneidmaschine, so daß ein Einsatz bei Maschinen der Hüttentechnik große Nachteile mit sich bringt.

Es wurde daher bereits vorgeschlagen, die Zünd­ gase oberhalb des Brennerkörpers von Maschinen­ starkschneidbrennern zu zünden und die Zündflamme über ein kurzes Leitungsstück in die ein Zündgas enthaltende Sauerstoffleitung des Brenners einzu­ leiten. Versuche haben dabei ergeben, daß in der Sauerstoffleitung derartiger Maschinenstark­ schneidbrenner, die einen 6-fachen Strömungs­ querschnitt gegenüber herkömmlichen Brennern ha­ ben, eine Explosionszündung des Zündgases statt­ findet.

Durch das Verfahren und die Zündeinrichtung wird zwar ein nachträglicher Anbau an jedem Brenner möglich. Auch sind alle wärmeempfindlichen Teile entsprechend - der bis zu eineinhalb Meter be­ tragenden Länge des Brenners - weit von der Wärme- und Bearbeitungszone entfernt, was eine sichere Zündung somit auch in rauhen Hüttenwerks­ betrieben unter ungünstigen Umwelteinflüssen, wie Wassernebel, Stäube und Rauche gewährleistet. Die Abnutzung durch Verschleiß ist minimal.

Dabei ist jedoch aufgrund der Explosionszündung der in die Sauerstoffleitung eingeleiteten großen Menge des Zündgases eine Zündung des Brenngas­ sauerstoff- oder Brenngas-Luft-Gemisches zwar möglich. Aber die rohrförmigen Schneidsauerstoff­ leitungen dieser Starkschneidbrenner, die einen großen Durchmesser und eine große Länge haben, wirken dabei wie ein Speicherbehälter. Wird das Schneidsauerstoffrohr mit einem Brenngas-Sauer­ stoff-Gemisch gefüllt und anschließend gezündet, so verbrennt das große, fast stehende Gasgemisch­ volumen schlagartig. Die aus dem Düsenkanal aus­ tretenden heißen Verbrennungsgase zünden mit lautem Knall die Hauptflamme, aber die mit hoher Geschwindigkeit an der Düsenstirnseite sich aus­ breitende Druckwelle bläst die Hauptflamme sofort wieder aus.

Hinzu kommt, daß der Verschleiß an den Verbin­ dungsstellen und den Ventilen groß ist. Eine de­ fekte Zündeinrichtung führt zur Unterbrechung der Materialbearbeitung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Zündeinrichtung zu schaf­ fen, die die in der DE-OS 39 41 371 beschriebenen Vorteile beibehalten und die Nachteile des Stan­ des der Technik vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 4 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die er­ findungsgemäße Zündeinrichtung werden die in der DE-OS 39 41 371 beschriebenen Vorteile beibehalten bzw. sogar verbessert, indem vorteilhaft die Zündeinrichtung an beliebiger Stelle - also auch entfernt von dem Brenner - angeordnet werden kann und die Zündflamme durch ein in seiner Länge un­ begrenztes Laufflammenrohr zu dem aus dem Brenner austretenden zündfähigen Brenngas-Sauerstoff- oder Brenngas-Luft-Gemisch geführt wird. Dabei wird das Zündgas vorteilhaft außerhalb des Bren­ ners in dem Zündraum des Haltekörpers gezündet und läuft durch das im Querschnitt dünne, vor­ zugsweise einen Durchmesser zwischen 1,5 mm und 3,0 mm aufweisende Laufflammenrohr. Am Ende des Zündgas führenden Laufflammenrohres tritt die Zündflamme aus und bevorzugt in den Schneidkanal der Brennerdüse ein. Erreicht die Zündflamme die Stirnseite der Brennerdüse, wird das Brenngas­ sauerstoff- oder das Brenngas-Luft-Gemisch des Brenners gezündet und die Zündflamme erlischt. Das Zündgas und die Zufuhr des Zündgases sind während 2 Sekunden aktiviert.

Beim Einsatz in Hüttenwerksbetrieben in denen ein kontinuierlicher Gießbetrieb, wie es bei Stranggußanlagen üblich ist, stattfindet, muß eine Zündung des vom Brenner zur Verfügung ge­ stellten Brenngas-Sauerstoffs oder Brenngas-Luft- Gemisches (Hauptflamme) immer gewährleistet sein.

Für den Fall, daß die Zündeinrichtung ausfällt, wird das Zündgas durch Umschaltung auf ein an­ deres Mischungsverhältnis (mehr Brenngas, weniger Sauerstoff) so eingestellt, daß während den Schneidpausen das Zündgas strömt und als Einzel­ flamme stabil an der Düsenstirnseite brennt.

Nun wird je nach Arbeits- oder Pausenphase im Wechsel die Zündflamme von der Hauptflamme oder die Hauptflamme von der Zündflamme gezündet. Über die Maschinensteuerung werden die jeweils nicht benötigten Gase mittels Magnetventile abgeschal­ tet. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist eine kontinuierliche Materialbearbeitung sicher gewährleistet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Der an sich bekannte Brenner 10 besteht im we­ sentlichen aus einer gasemischenden Düse 11 oder einer nicht näher dargestellten außenmischenden Düse, die an dem Brennerkörper 12 mit einer Druckschraube 16 lösbar befestigt ist. Am Eingang des Brennerkörpers 12 sind die Schneidsauerstoff­ leitung 13, die Brenngasleitung 14 und die Heiz­ sauerstoffleitung 15 mit dem Brennerkörper 12 verbunden. Die Länge des Brenners beträgt bis zu 1,5 m. Ein in die Schneidsauerstoffleitung 13 einsetzbares und über Mittel 42 konzentrisch aus­ gerichtetes oder neben dem Brenner 10 verlaufen­ des Laufflammenrohr 17 verbindet den Austrittsbe­ reich des Brenngas-Sauerstoff oder Brenngas-Luft- Gemisches mit der Zündeinrichtung 18. Die Zünd­ einrichtung 18 ist außerhalb des Brennerkörpers 12 an beliebiger Stelle angeordnet. Sie besteht im wesentlichen aus einem Haltekörper 19 in dem ein Zündraum 20 vorgesehen ist. Mit dem Zündraum 20 ist ein elek­ trisches Zündgerät 21, vorzugsweise eine Zündkerze, verbunden, das in dem Haltekörper 19 angeordnet ist. Das Zündgerät 21 ist über Zündimpulsgeber 22 mit der Steuerung 23 der Führungsmaschine verbunden.

Von dem Zündraum 20 zweigt eine Verbindungslei­ tung 24 ab, die mit dem Laufflammenrohr 17 ver­ bunden ist. In den Zündraum 20 mündet eine Zündgasleitung 25 in der ein Rückschlagsventil 26 angeordnet ist. Das Rückschlagventil besteht aus einer Kugel 27, die mittels einer Feder 28 auf den Ventilsitz 29 entgegen der Strömungsrichtung der Gase gedrückt wird. Die Zündgasleitung 25 ist mit einem Injektor 31 verbunden, der eingangssei­ tig an die Sauerstoffzuleitung 32 und die Brenn­ gaszuleitung 33 angeschlossen ist. In der Sauer­ stoffzuleitung 32 ist mindestens ein Magnetventil 34 und in der Brenngaszuleitung mindestens ein Dosierventil 35 oder eine Dosierblende und ein Magnetventil 36 angeordnet. Die Magnetventile 34 und 36 sind mit der Steuerung 23 verbunden.

Das Dosierventil kann als Hauptventil oder eben­ falls als einstellbares von der Steuerung be­ tätigbares Ventil ausgebildet sein.

Die Zündeinrichtung nach der Erfindung funk­ tioniert wie folgt:
Nach dem Öffnen von Heizsauerstoff- und Brenngas­ ventilen einer nicht näher dargestellten Regel­ station fließen Brenngas und Sauerstoff durch die Heizsauerstoff- und Brenngaszuleitungen 14 und 15 zur Schneiddüse 11. Sie mischen sich innerhalb der Düse 11 und kommen als zündfähiges Gemisch aus den Bohrungen 37.

Sauerstoff und Brenngas werden entweder aus den Heizsauerstoff- und Brenngaszuleitungen 14 und 15 abgezweigt oder separaten Sauerstoff- und Brenn­ gasquellen 40, 41 entnommen. Die Gase strömen durch die gesteuerten Magnetventile 34 und 36, im Falle des Brenngases noch durch das Dosierventil 35, zu dem Injektor 31. Die Magnetventile 34, 36 sind während zwei Sekunden geöffnet. Während die­ ser Zeit werden Brenngas und Sauerstoff zu einem Zündgas gemischt. Das Zündgas strömt von dem In­ jektor 31 zu dem Brenner 10 mit der Zündeinrich­ tung 18. Über Leitung 25 strömt das Zündgas zu dem geschlossenen Ventil 27, 29, öffnet dieses aufgrund des Zündgasdruckes und strömt in den Zündraum 20 und von dort in das Laufflammenrohr 17.

Das Laufflammenrohr 17 hat einen dem geringen Zündgasvolumen und dem eingestellten Mischungs­ verhältnis zugeordneten Rohrdurchmesser, in der Regel 2,0 mm. Dieses Laufflammenrohr 17 ist gas­ dicht mit der Zündeinrichtung 18 verbunden, in der Schneidsauerstoffleitung 13 mittig gelagert und bis 10 mm vor die Brennschneiddüse 11 ge­ führt.

Das Zündgerät 21 erzeugt nach manueller oder automatischer zeitabhängiger Ansteuerung des Zündimpulsgebers 22 einen Zündfunken, der das Zündgas im Zündraum 20 zündet. Die erzeugte Zünd­ flamme läuft durch die Verbindungsleitung 24 in das zündgasführende Laufflammenrohr 17 das gas­ dicht mit der Zündeinrichtung 18 verbunden ist. Aufgrund der Ausdehnung der Zündgase während der Zündung wird das Rückschlagventil 26 geschlossen.

In Strömungsrichtung gesehen tritt die Zündflamme am Ende des über Mittel 42, vorzugsweise über stern- oder kreuzförmige Abstandshalter, konzen­ trisch in der Schneidsauerstoffleitung 13 ausge­ richteten Laufflammenrohres 17 aus und in den Schneidkanal 38 der Düse 11 ein. Die Zündflamme erreicht die Düsenstirnseite, wo das Brenngas-, Sauerstoff- oder Brenngas-Luft- Gemisch fast ge­ räuschlos gezündet wird. Die Zündflamme erlischt nach dem Verzehr des Zündgases innerhalb des Laufflammenrohres 17 und des Zündraumes 20. Der anschließend in die Schneidsauerstoffleitung 13 eintretende Sauerstoff strömt aufgrund eines Druckstaues auch in den Zündraum 20 und läßt eine evtl. dort brennende Flamme erlöschen.

Durch die Erfindung wird vorteilhaft ein Verfah­ ren bei einem kontinuierlichen Gießbetrieb, wie er bei Stranggußanlagen in Hüttenwerken üblich ist, möglich, das eine sichere Zündung des aus dem Brenner 10 strömenden Brenngas-Sauerstoff- oder Brenngas-Luft-Gemisches immer gewährleistet.

Bei defekter Zündeinrichtung 18 wird der Brenn­ gasdruck am Regler der Maschine erhöht und somit das Mischungsverhältnis auf den Schneidkanal 38 der Düse 11 eingestellt. Während der Schneidpau­ sen strömt das Zündgas und tritt aus dem Schneid­ kanal 38 aus. Hier wird es am Beginn der Materi­ albearbeitung manuell erstgezündet. Die Zünd­ flamme brennt stabil an der Stirnseite der Düse 11.

Nun wird je nach Arbeits- oder Pausenphase im Wechsel die Zündflamme von der Hauptflamme oder die Hauptflamme von der Zündflamme gezündet. Über die Steuerung 23 werden die jeweils nicht benö­ tigten Gase mittels Magnetventile abgeschaltet.

Claims (7)

1. Verfahren zum Zünden eines Brenners, insbesondere Maschinenstarkschneidbrenners, für die Materialbearbeitung, der ein Brenngas­ sauerstoff- oder Brenngas-Luft-Gemisch und vorzugsweise einen Sauerstoffstrahl liefert durch Zündgase, die außerhalb des Brenners gezündet werden und eine Zündflamme ausbilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündflamme in ein Laufflammenrohr (17) eintritt und in dem Laufflammenrohr (17) bis zu einem Bereich geleitet wird, an dem ein zündfähiges Brenngas-Sauerstoff- oder Brenngas-Luft-Gemisch von dem Brenner zur Verfügung gestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Eintritt der Zündflamme das Lauffflammrohr (17) von dem Zündgas durchströmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zündflamme am Ende des Laufflammenrohres (17) austritt und das vom Brenner (10) zur Verfügung gestellte Brenngas- Sauerstoff- oder Brenngas-Luft-Gemisch zündet und danach erlischt, daß mit dem gezündeten Brenngas-Sauerstoff- oder Brenngas-Luft- Gemisch die Materialbearbeitung durchgeführt wird und/oder
daß nach Beendigung der Materialbearbeitung das Zündgas in das Laufflammenrohr (17) strömt und von dem brennenden Brenngas-Sauerstoff- oder Brenngas-Luft-Gemisch gezündet wird.

4. Zündeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für einen Brenner zum Schneiden, Wärmen oder Flämmen von Werkstücken, gekennzeichnet durch eine Baueinheit bestehend aus einem Laufflammenrohr (17) das an einem Haltekörper (19) befestigt ist, einem in dem Haltekörper (19) ausgebildeten Zündraum (20), der mit dem Laufflammenrohr (17) verbunden ist, einem mit dem Zündraum (20) verbundenen elektrischen Zündgerät (21), das in dem Haltekörper (19) angeordnet ist und einer in den Zündraum (20) mündenden Zündgas­ leitung (25), in der ein Rückschlagventil (26) angeordnet ist.

5. Zündeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (26) aus einer in der Zündgasleitung (25) angeordneten federbe­ lasteten Kugel (27, 28) besteht.

6. Zündeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufflammenrohr (17) in der Schneid­ sauerstoffleitung (13) angeordnet ist und Mittel (42) zur konzentrischen Ausrichtung vorgesehen sind.

7. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (42) gasdurchlässig, insbesondere kreuz- oder sternförmig, ausgebildet sind.