DE19523499C2 - Gasmischende Brennschneiddüse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine gasmischende Brennschneiddüse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer aus der Praxis bekannten gasmischenden Brennschneid­ düse mit einem zentralen Schneidkanal in einem massiven Körper und um den Schneidkanal angeordneten Strömungskanälen eines Brenngas/Heizsauerstoffgemischs für eine Heizflamme sowie mit Dichtsitzen für Schneidsauerstoff, Heizsauerstoff und Brenn­ gas, insbesondere Acetylen, in einem Kopfbereich der Brenn­ schneiddüse, wobei die Brennschneiddüse außen im wesentlichen zylindrisch ist, sind aus dem massiven Körper nicht nur der zentrale Schneidkanal, sondern auch vollständig die um diesen angeordneten Strömungskanäle des Brenngas/Heizsauerstoffge­ mischs sowie die dazu stromaufwärts gelegenen Mischstellen, in denen Kanäle für Brenngas auf Kanäle für Heizsauerstoff sto­ ßen, ausgeformt. Dabei verlaufen die Kanäle für Brenngas/Heiz­ sauerstoff über große Teillängen schräg nach innen gerichtet. Der Durchmesser der Strömungskanäle und der stromaufwärts liegenden Kanäle für Heizsauerstoff sind entlang der Strö­ mungsrichtung unterschiedlich. Die Herstellung einer solchen bekannten gasemischenden Brennschneiddüse erfordert mehrere Arbeitsgänge an verschiedenen Bearbeitungsmaschinen, wozu das zu bearbeitende Werkstück umgespannt werden muß, was einer reproduzierbaren Fertigung und letztlich einer hohen Schneid­ genauigkeit, die mit der fertigen Brennschneiddüse erreicht wird, abträglich sein kann. Insbesondere die Bohrungsgeometrie dieser gasemischenden Brennschneiddüsen ist nur durch ein sehr aufwendiges Hämmerverfahren realisierbar.

Eine bekannte gasmischende Brennschneiddüse der eingangs genannten Gattung, die aus wenigstens drei Drehteilen besteht, ist nicht für die Mischung von Acetylen als Brenngas mit Heizsauerstoff, die ein Gasgemisch mit sehr hoher Zündgeschwindigkeit bilden, geeignet (US-PS 2 993 531). Vielmehr ist die bekannte gasmischende Brennschneiddüse nur zum Mischen von Heizsauerstoff mit Propan oder ähnlichen Brenngasen vorgese­ hen. Propan bildet mit Heizsauerstoff nur ein langsam ver­ brennendes Gasgemisch, weswegen an die bekannte Brennschneid­ düse nur geringe Anforderungen hinsichtlich der Rückzündsi­ cherheit zu stellen sind. Im einzelnen ist das innenliegende Drehteil der Brennschneiddüse als Innendüse mit Schneidkanal auf seiner Außenseite so geformt, daß es einen ringförmigen ersten Kanal mit verhältnismäßig großer Öffnungsweite, einen sich daran anschließenden Bund, einen darauf folgenden ring­ förmigen zweiten Kanal verhältnismäßig großer Öffnungsweite und dann wieder einen Abschnitt vergrößerten Durchmessers jeweils in Strömungsrichtung des Gasgemischs folgend bildet. Erst der letztgenannte außen glatt zylindrisch geformte Ab­ schnitt vergrößerten Durchmessers geht weiter in Strömungs­ richtung des Gasgemischs in einzelne Kanäle in Längsrichtung der Brennschneiddüse über, die außen im wesentlichen über einen sich verjüngenden Abschnitt dieses Drehteils in Richtung auf dessen unteres Ende verlaufen. Der genannte zweite Kanal bildet eine Expansionskammer in Verbindung mit einer glatten zylindrischen Innenwand des zweiten Drehteils, in welches das erste Drehteil gesteckt ist. Die gasmischende Brennschneiddüse ist vervollständigt durch einen Sitzring oder zwei Sitzring­ teile, die über das kopfseitige Ende des ersten Drehteils geschoben sind, aus dem in Längsrichtung verlaufende Kanäle als Dosierkanäle für den Schneidsauerstoff ausgeformt sind. Das Brenngas, wie Propan, wird diesen Dosierkanälen über eine ringförmige Nut in dem einen Sitzring oder - in anderer Aus­ führung - zwischen den beiden Sitzringteilen zugeführt. Die obengenannten in Längsrichtung der Brennschneiddüse verlaufen­ den Kanäle sind durch Ausräumen hergestellt, jedoch erfordert das Formen der ringförmigen Kanäle verschiedene Drehvorgänge. Das erste Drehteil ist also verhältnismäßig kompliziert zu fertigen. Hinzu kommt, daß diese Brennschneiddüse keine aus­ reichende Rückzündsicherheit für den Betrieb mit Azetylen oder ähnlichen Brenngasen bietet, welche Zündgemische mit sehr hoher Zündgeschwindigkeit bilden. Würde diese Brennschneidmaschine mit Azetylen/Sauerstoff als Gasgemisch betrieben, so würde diese aufgrund der Geometrie der Strömungskanäle und des großen Volumens zwischen der Außendüse und der Innendüse schon nach kurzer Zeit zerstört werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabenstellung zugrunde, eine gasmischende Brennschneiddüse der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß sie eine unkomplizierte, leicht reproduzierbare genaue Fertigung gestattet und daß sie bei Verwendung von Azetylengas zur Bildung des Brenngas/Sauer­ stoffgemischs oder eines Brenngases, welches ein anderes Brenngas/Sauerstoffgemisch ebenfalls sehr hoher Zündgeschwin­ digkeit ergibt, hohen Anforderungen an die Rückzündsicherheit genügt und eine lange zerstörungsfreie Lebensdauer erwarten läßt.

Diese Aufgabe wird durch eine gasmischende Brennschneiddüse mit den in dem Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Danach sind die Strömungskanäle des Brenngas/Heizsauerstoffgemischs zumindest von der Mündung des Brenngasdurchgangs bis in einen unteren Bereich des ersten und zweiten Drehteils, in dem sich diese verjüngen, durchgängig gefräst. Bevorzugt gehen nach Anspruch 2 die Strömungskanäle des Brenngas/Heizsauerstoff­ gemischs in die Strömungskanäle des Heizsauerstoffs stromauf­ wärts der Mündung des Brenngasausgangs über und sind mit diesen durchgängig gefräst. Die in Längsrichtung durchgehenden Strömungskanäle erfüllen sämtliche Erfordernisse hinsichtlich der intensiven Gasmischung.

Der Schneidkanal und die Strömungskanäle für das Brenngas/- Heizsauerstoffgemisch des ersten Drehteils können ohne Um­ spannen des ersten Drehteils besonders genau gefertigt werden. Dazu trägt bei, daß die Strömungskanäle für das Brenngas/- Heizsauerstoffgemisch außen an dem ersten Drehteil offen sind, so daß sie dort einfach ohne Umspannen ausgefräst werden können, nachdem der zentrale Schneidkanal und ein Schneidsau­ erstoffkanal, der in den Schneidkanal übergeht, gebohrt wur­ den.

Das zweite, im wesentlichen hülsenartige Drehteil schließt dann die Strömungskanäle für das Brenngas/Heizsauerstoffge­ misch nach außen ab, nachdem das erste Drehteil in das zweite Drehteil gesteckt wurde.

Das dazu passende dritte Drehteil ist annähernd ringförmig ausgebildet. Es begrenzt in seiner Einbaulage, wenn es auf das erste Drehteil gesteckt ist, mit seiner zentralen Bohrung die Strömungskanäle des Brenngas/Sauerstoffgemischs, und zwar im Anschluß an das zweite Drehteil. In das dritte Drehteil, welches als Mischer aufgebaut ist, sind gemäß Anspruch 8 annähernd radiale, vorzugsweise schräg nach innen verlaufende Bohrungen gebohrt, die in die Strömungskanäle für das Brenn­ gas/Heizsauerstoffgemisch münden. Das erste Drehteil weist ferner den Dichtsitz für den Schneidsauerstoff auf, während das zweite Drehteil mit konzentrischen Dichtsitzen für Heiz­ sauerstoff und für Brenngas versehen ist. Die Dichtsitze sind annähernd kegelstumpfförmig geformt und können durch Drehen hergestellt werden.

Nach Anspruch 3 ist bevorzugt das erste Drehteil in dem unte­ ren Bereich sich kegelstumpfförmig verjüngend ausgebildet, wobei eine zentrale Bohrung in dem zweiten Drehteil sich in ihrem unteren Bereich analog kegelstumpfförmig verjüngt, dergestalt, daß die Strömungskanäle für das Brenngas/Heizsau­ erstoffgemisch unten nach innen gerichtet sind. Mit diesen präzisen Kanälen des Brenngas/Heizsauerstoffgemischs kann die Heizflamme in gewünschter Weise eingestellt werden. Außerdem kann nach Anspruch 4 das zweite Drehteil außen einen sich nach unten kegelstumpfförmig verjüngenden Bereich aufweisen, um die diesbezüglichen grundsätzlich bekannten Vorteile zu erzielen.

Nach Anspruch 5 geht in dem ersten Drehteil ein Schneidsauer­ stoffkanal über einen sich nach unten kegelstumpfförmig ver­ jüngenden Abschnitt in den unteren Schneidkanal über. Dieser Schneidsauerstoffkanal mit dem kegelstumpfförmigen Abschnitt kann in der gleichen Einspannlage des ersten Drehteils nume­ risch gesteuert hergestellt werden, in der auch die anderen Bearbeitungsschritte erfolgen.

Das zweite Drehteil, an das sich oben wie erwähnt das dritte als Mischer ausgebildete Drehteil anschließt, weist in einer Ausgestaltung nach Anspruch 6 einen oberen Flansch auf, auf dem das dritte Drehteil koplanar sitzt. Damit werden die Strömungskanäle des Brenngas/Heizsauerstoffgemischs an der Stoßseite zwischen zweitem und drittem Drehteil nach außen zuverlässig abgedichtet. Der obere Flansch des zweiten Dreh­ teils kann außerdem eine Haltefunktion beim Anschluß der Brennschneiddüse an eine Brenngasleitung ausüben.

Die Drehteile können vorteilhaft aus Kupfer bestehen, welches sich gut spanabhebend bearbeiten läßt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an­ hand einer Zeichnung mit fünf Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes als Innendüse ausgebildetes Drehteil in einem Längsschnitt,

Fig. 2 ein zweites Drehteil, welches maßgeblich die Außen­ düse bildet, ebenfalls in einem Längsschnitt,

Fig. 3 ein drittes Drehteil, welches als Mischer geformt ist, ebenfalls in einem Längsschnitt,

Fig. 4 eine Brennschneiddüse, bestehend aus den drei Tei­ len nach den Fig. 1, 2 und 3 in einer Längsseiten­ ansicht, und

Fig. 5 einen vergrößerten Querschnitt durch die Brenn­ schneiddüse in der Ebene A-A in Fig. 4.

In Fig. 1 ist das erste, die Innendüse bildende Drehteil mit 1 bezeichnet. Seine Grundform ist annähernd zylindrisch mit einem kegelstumpfförmigen Abschnitt 2 in einem unteren Be­ reich 3. Das erste Drehteil weist innen einen zentralen Schneidkanal 4 auf, in den ein Schneidsauerstoffkanal 5 über einen sich kegelstumpfförmig verjüngenden Abschnitt 6 über­ geht. Oben endet das erste Drehteil in einem Dichtsitz 7.

Auf einer Außenseite des ersten Drehteils 1 sind in dieses nach außen offene Strömungskanäle für Brenngas/Heizsauer­ stoffgemisch ausgefräst, von denen zwei Strömungskanäle in den Fig. 1 und 4 mit 8 und 9 bezeichnet sind. Sie verlaufen im wesentlichen parallel zu einer Längsachse 10 des ersten Drehteils, welche auch die Längsachse der zusammengesetzten Brennschneiddüse ist - siehe Fig. 4 -, sind jedoch in dem unteren Bereich 3 entsprechend der Außenseite des kegel­ stumpfförmigen Abschnitts 2 nach unten innen gerichtet. Aus den Querschnitt durch das erste Drehteil 1 gemäß Fig. 5 kann ersehen werden, daß die Strömungskanäle einschließlich der Strömungskanäle 8, 9 über den Umfang des Teils 1 gleichmäßig verteilt sind und in welcher radialen, ursprünglich außen offenen Form sie aus dem Teil 1 ausgefräst sind.

Die Strömungskanäle z. B. 8, 9 werden nach außen durch ein zweites Drehteil 11 abgeschlossen, welches ebenfalls im we­ sentlichen zylindrisch mit einem unteren kegelstumpfförmigen Bereich 12 ausgebildet ist. Das zweite Drehteil weist eine zentrale Innenbohrung 13 auf, die im wesentlichen zylindrisch ist, sich jedoch in dem unteren Bereich 12 analog zu dem unteren Bereich des ersten Drehteils kegelstumpfförmig ver­ jüngt. Wenn das erste Drehteil in das zweite Drehteil ge­ steckt ist, siehe Fig. 4 und 5, liegen Stege z. B. 23, 24 zwischen den Strömungskanälen für das Brenngas/Heizsauer­ stoffgemisch an der Innenbohrung an, womit zugleich das erste Drehteil 1 in dem zweiten Drehteil 11 konzentrisch ausgerich­ tet ist.

Ein drittes Drehteil 14, siehe Fig. 3, welches als annähernd ringförmig bezeichnet wird, schließt sich oben auf das zweite Drehteil in dem Zusammenbauzustand der drei Drehteile an. Es wird dabei auf einen oberen Flansch 15 des zweiten Drehteils aufgesetzt, wobei die aneinanderliegenden Seiten des oberen Flansches 15 und der unteren Seite des Drehteils 14 koplanar sind. Damit sind die Strömungskanäle 8, 9, die sich in eine Innenbohrung 16 des dritten Drehteils hinein fortsetzen, auch an dieser Stelle nach außen abgedichtet. In das dritte Dreh­ teil, welches als Mischer dient, sind schräg radial verlau­ fenden Bohrungen 17, 18 eingelassen, welche in dem zusammengesetzten Zustand der Brennschneiddüse in die Strömungskanäle 8, 9 münden.

Diesen Bohrungen 17, 18 wird Brenngas, insbesondere Acetylen, über einen Anschluß zugeführt, der an einem Dichtsitz 19 des dritten Drehteils abgedichtet ist. In die Kanäle 8, 9 strömt stromaufwärts der Bohrungen 17, 18 Heizsauerstoff ein, wel­ cher über einen nicht dargestellten Anschluß an einem Dicht­ sitz 20 des dritten Drehteils zugeführt wird. Schließlich wird Schneidsauerstoff in den Schneidsauerstoffkanal 5 über einen ebenfalls nicht dargestellten Anschluß eingeleitet, der an einem Dichtsitz 21 an dem ersten Drehteil abgedichtet ist. Die Dichtsitze 19, 20, 21 liegen also konzentrisch in einem Kopfbereich 22 der zusammengesetzten Brennschneiddüse.

Die Hauptvorteile der zusammengesetzten Düse liegen - abgese­ hen von einem verhältnismäßig geringen Fertigungsaufwand - in der unkompliziert erzielbaren hohen Fertigungsgenauigkeit, insbesondere des Schneidkanals 4, der Strömungskanäle 8, 9 für die Heizflamme und daher in einer hohen Wiederholqualität des mit der zusammengesetzten Brennschneiddüse erzielten Brennschnittes.

Claims (8)

1. Gasmischende Brennschneiddüse mit einem zentralen Schneidkanal in einem massiven Körper und um den Schneid­ kanal angeordneten Strömungskanälen eines Brenngas/Heiz­ sauerstoffgemischs für eine Heizflamme sowie mit Dicht­ sitzen für Schneidsauerstoff, Heizsauerstoff und Brenn­ gas, insbesondere Acetylen, in einem Kopfbereich der Brennschneiddüse, wobei die Brennschneiddüse außen im wesentlichen zylindrisch ist, wobei die Brennschneiddüse (3) mindestens drei konzentrisch angeordnete Drehteile (1, 11, 14) umfaßt, wobei ein erstes, annähernd zylindri­ sches Drehteil (1) als Innendüse mit dem Schneidkanal (4) ausgebildet ist, welcher zentral in das erste Drehteil (1) gebohrt ist, und auf seiner Außenseite ausgefräste, nach außen offene Strömungskanäle (8, 9) des Brenngas/- Brennsauerstoffgemischs aufweist, wobei das erste Dreh­ teil (1) in ein zweites Drehteil (11) gesteckt ist, wel­ ches als Außendüse mit einer zentralen Innenbohrung (13) die Strömungskanäle (8, 9) des Brenngas/Heizsauerstoff­ gemischs des ersten Drehteils (1) radial nach außen be­ grenzt, wobei in dem Kopfbereich (22) der Brennschneiddü­ se mindestens ein drittes, annähernd ringförmiges Dreh­ teil (14), das als Mischer ausgebildet ist, im Anschluß an das zweite Drehteil (11) Strömungskanäle (8, 9) des Brenngas/Heizsauerstoffgemischs im Kopfbereich (22) radi­ al nach außen begrenzend gesteckt ist, wobei das dritte Drehteil (14) mindestens einen Brenngasdurchgang auf­ weist, der in wenigstens einen Strömungskanal (8, 9) für Heizsauerstoff mündet, an den sich die Strömungskanäle (8, 9) des Brenngas/Heizsauerstoffgemischs anschließen, wobei an das erste Drehteil (1) der Dichtsitz (7) für den Schneidsauerstoff angeformt ist und das dritte Drehteil konzentrische Dichtsitze (19, 20) jeweils für Brenngas bzw. Heizsauerstoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (8, 9) des Brenngas/Heizsauer­ stoffgemischs zumindest von der Mündung des Brenngas­ durchgangs bis in einen unteren Bereich (3 bzw. 12) des ersten und zweiten Drehteils (1, 11), in dem sich diese verjüngen, durchgängig gefräst sind.

2. Gasmischende Brennschneiddüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (8, 9) des Brenngas/Heizsauer­ stoffgemischs in die Strömungskanäle (8, 9) des Heizsauer­ stoffs stromaufwärts der Mündung des Brenngasdurchgangs übergehen und durchgängig gefräst sind.

3. Gasmischende Brennschneiddüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Drehteil (1) in dem unteren Bereich (3) sich kegelstumpfförmig verjüngend ausgebildet ist, daß eine zentrale Innenbohrung (13) in dem zweiten Drehteil (11) sich in ihrem unteren Bereich (12) analog kegel­ stumpfförmig verjüngt, dergestalt, daß die Strömungska­ näle des Brenngas/Heizsauerstoffgemischs unten nach in­ nen gerichtet sind.

4. Gasmischende Brennschneiddüse, die in einem dem Kopfbe­ reich abgewandten unteren Bereich annähernd kegelstumpf­ förmig ist, nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Drehteil (11) außen einen sich nach unten kegelstumpfförmig verjüngenden Bereich (12) aufweist.

5. Gasmischende Brennschneiddüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten Drehteil (1) ein Schneidsauerstoffka­ nal (5) über einen sich nach unten kegelstumpfförmig verjüngenden Abschnitt (6) in den unteren Schneidkanal (4) übergeht.

6. Gasmischende Brennschneiddüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen oberen Flansch (15) des dritten Drehteils (14), auf dem das dritte Brennteil (14) koplanar sitzt.

7. Gasmischende Brennschneidmaschine nach einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Drehteile (1, 11, 14) aus Kupfer bestehen.

8. Gasmischende Brennschneiddüse nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Drehteil (14) annähernd radiale Bohrungen (17, 18) aufweist, die in die Strömungskanäle (8, 9) des Brenngas/Heizsauerstoffgemischs münden.