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Titel: Brenner zum Sauerstoff-Brennschneiden Die Erfindung betrifft
einen Brenner zum Sauerstoff-Brennachneiden von Strängen, Blöcken, Brammen und dergl.
mit in den Brennerkopf eingesetzter, aus Düsenkopf und Düsenfuß bestehender SchneiddUse,
deren Düsenfuß konzentrisch zu der mittleren Schneidsauerstoffbohrung zwei Kränze
von Bohrungen aufweist.
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Es sind bereits Injektordüsen bzw. Injektor-RinddUsen bekannt, bei
denen der austretende Haizsaugrstoff das zur Verfügung stehende Gas mitreißt. Ab
Düsenaustritt brennt dieses mehr oder minder gut gemischte Sauerstoff-Gas-Gemisch
mit relativ kurzer, heißer Flamme.
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Brenner mit diesen Düsen lassen sich gut für dünne materialien einsetzen,
wo die Gas- bzw. Sauerstoffmengen relativ klein sind, die Heizleistung nur praktisch
im oberen materialbereich benötigt wird und folglich gut ausreicht und die Rückbrenngfahr
wegen der geringen mengen klein ist.
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Die ebenfalls bekannten~gas- oder innenmischenden Düsen haben einen
Kranz oder mehrere Kränze von Heizbohrungen um die Schneidsauerstoffbohrung herum,
aus denen Heizsauerstoff und Gas gemischt-austreten und verbrennen. Jede dieser
Heizbohrungen ist ein kleiner Injektorbrenner. Die AuFteilung der in diesem Fall
größeren Gas- und Sauerstoffmengen auf viele kleine Injektorbrenner hat die Rückbrennsicherheit
wesentlich erhöht und erlaubt beliebige Heizleistungen in Düsennähe je nach Anzahl
der Heizbohrungen bzw.
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Heizkränze Bei den bekannten außenmischenden Düsen schließlich treten
Sauerstoff und Gas in getrennten Bohrungen oder Spalten aus und mischen sich hinter
der Düse, um mit schwacher oder ianger Flamms zu verbrennen.
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Die düsennähe Heizleistung dieser Düsen kann durch
mehrfache
konzentrische oder wechselnde Anordnung von Heizgas- und Heizsauerstoffbohrungen
verbessert werden, sie kann bei vergleichbaren Verhältnissen die Heizleistung der
gas- und innenmischenden Düsen jedoch nicht erreichen.
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Um eine optimal arbeitende Schneiddüse zu erhalten, die hohe Schneidgeschwindigkeiten,
gute Schnittflächen und sicheres Schneiden ermöglicht, ist eine hohe Sauerstoffreinheit,
eine hohe Schneidstrahl-Geschwindigkeit, eine hohe materialtemperatur und eine gleichmäßige
Brennerführung erforderlich. Abgesehen von der Anwendung der möglichen schnelleren
Schneidgeschwindigkeit gibt es dabei keinen Einfluß auf die Form der Schneidkanten.
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Wie durch Versuche festgestellt wurde, ergibt eine hohe Leistung der
Heizflamme der Düse höhere Schneidgeschwindigkeiten und genauere Anschnitte, aber
abgerundete Schnittkanten. Eine schwache Heizflammenleistung der Düse ergibt dagegen
geringere Schneidgeschwindigkeiten, ungenaue Anschnitte und rauhe Schnittflächen,
aber scharfe Schnittkanten. Ferner wurde festgestellt, daß bei höherer Heizleistung
und wärmerem,
dünnerem material die Schlacke leichter abtropft als
bei geringerer Heizleistung und dickerem oder kühlerem material. Aus diesen Versuchsergebnissen
wurde gefolgert, daß zur Erzielung einer höheren Schneidgeschwindigkeit, einer höheren
Anschnitt- und Schnittsicherheit bei gegebenen Bedingungen für das material und
den Schneidsauerstoffstrahl eine hohe Heizleistung der Düse notwendig ist. Das gilt
ganz besonders im oberen Bereich der Schneiddicke des materials. Um zu einem weniger
trägen Abtropfen der die Schnittgeschwindigkeit offensichtlich beeinflussenden Schneidschlacke
zu sorgen, ist eine größere Wärmemenge in der Schnittfuge selbst erforderlich, was
zur Forderung nach höherer Heizleistung der Düse im Schneidspalt führt.
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AuFgabe der Erfindung ist es daher, unter Auswertung der gewonnenen
Versuchsergebnisse einen optimal arbeitenden Schneidbrenner zu schaffen, der den
bekannten Brennern gegenüber höhere Schneidgeschwindigkeiten, bessere Schnittflächen
und besseres Anschneiden ermöglicht. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe auf
einfache und vorteilhafte Weise dadurch gelöst, daß der innere Kranz der Schneiddüsenbohrungen
nur an die Heizgasleitung angeschlossen ist, um eine Außenmischung
von
Schneidsauerstoff und Heizgas zu ermöglichen, während der äußere Kranz sowohl mit
der Heizgasleitung als auch mit der Heizsauerstoffleitung derart in Verbindung steht,
daß im Düsenkopf eine Innenmischung zwischen Heizgas und Heizsauerstoff zur Erzeugung
der Vorwärmflammen an den Austrittsenden der DUsenbohrungen stattfindet.
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Der erfindungsgemäße Brenner entwickelt bei gegebenem Schneidstrahl
eine hohe Heizleistung an der materialoberflächs bzw. im oberen Teil der Dicke des
materials, wodurch sich genaue und saubere Anschnitte sowie hohe Anschneid- und
Schneidgeschwindigkeiten erzielen lassen. Andererseits erzeugt der Brenner aber
auch im Inneren des Schneidepaltes eine noch relativ große Heizleistung, so daß
sich die Schneidschlacke gut abführen läßt, wobei jedoch eine zu hohe Heizleistung
an der Oberfläche, die zu einer Abrundung der Schneidkanten führt, vermieden wird.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung empfiehlt es sich, zwischen
Brennerkopf und Düsenkopf zwei Ringkanäle vorzusehen, in welche die Heizgas- bzw.
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die Heizsauerstoffleitung mündet, und von denen der
Heizgaskanal
Usrbindungsbohrungen sowohl zu dem inneren als auch zu dem äußeren Bohrungskranz
des Schneiddüsenfußes besitzt, während der Heizsauerstoffkanal nur Verbindung sbohrungen
zu dem äußeren Bohrungskranz hat. Die Schneidsauerstoffbohrung wird zwec.kmäßigerweise
durch die mitte des Brennerkopfes, des mit einer konischen Dichtfläche versehenen
Düsenkopfes und des an diesem befestigten Düsenfußes geführt.
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Die Schneiddüse kann mittels eines Gewindestutzens im Brennerkopf
lösbar gehalten sein. Die zylinderförmige Schneiddüse kann an ihrem dem Werkstück
zugekehrten Ende eben ausgebildet sein, um eine Nachbearbeitung (Abdrehen, Abstechen,
Abfeilen) des Düsenfußes bei beschädigter Düse, insbesondere ausgowascheneqoder
verbrannten Bohrungsenden, zu ermöglichen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeisplel gemäß der Erfindung in
schemagtischer und vereinfachter Form dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 einen
Draufblick auf den Düsenfuß und Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Brennerkopf
mit eingesetzter Düse.
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Der in der Zeichnung dargestellte Brennerkopf 1 nimmt die aus Düsenkopf
2 und Düsenfuß 3 bestehende Düse auf und ist am Schaftrohr 21 befestigt. Zum Halten
der Düse 2, 3 im Brennerkopf 1 dient ein Gewindestutzen 4, der zur leichteren Handhabung
einen Sechskant 5 besitzt.
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Düsenkopf 2 und Düsenfuß 3 sind fest miteinander verbunden, beispielsweise
durch Löten oder Kleben.
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Der stufenförmige Düsenkopf 2 besitzt eine konische Dichtfläche 6
und eine mittlere Bohrung 7 für den Schneidsauerstoff aus der Schneidsauerstoffleitung
19.
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Düsenkopf 2 und Brennerkopf 1 enthalten an der Dichtfläche 6 Ringkanäle
8 und 9, in welche die Heizgasleitung 10 bzw. die Heizsauerstoffleitung ii münden.
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Im Düsenfuß 3 befinden sich konzentrisch zu der Schneidsauerstoffbohrung
12 zwei Bohrungskränze 13 und 14, deren Bohrungen zweckmäßig versetzt zueinander
angeordnet sind. Die Bohrungen 13 stehen über Verbindungsbohrungen 15 mit dem Heizgaskanal
8 und die Bohrungen 14 über Verbindungsbohrungen 16 und 17 sowohl mit dem Heizgaskanal
8 als auch mit dem Heizsauerstoffkanal 9 in Verbindung. Da die Bohrungen 13 im Düsentopf
2 in Sacklochern 18 auslaufen, kann in diese Bohrungen kein Heizsauerstoff aus dem
Ringkanal 9 eintreten.
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Der Schneidsauerstoff fließt von der Zuleitung 19 durch die Schneidbohrungen
7 und 12 im Düsenkopf 2 und Düsenfuß 3 und tritt unten aus. Im Düsenkopf 2-strömt
der Heizsauerstoff aus der Zuleitung 11 in den oberen Ringkanal 9 durch entsprechend
viele kleine Heizsauerstoff-Dosierbohrungen 20, die sich im Düsenkopf konisch erweitern
und im angelöteten Düsenfuß 3 als zylindrische Bohrungen 14 bis zum Austritt weiterlaufen.
Aus dem darunter liegenden Ringkanal 8 strömt das Heizgas durch Dosierbohrungen
16, die schräg auf den konischen Teil der Heizsauerstoff-Bohrungen 20 treffen und
sich nach dem Injektorprinzip mischen und am Düsenfuß mit starker Heizflamme austreten.
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Diese Art im Kreis angeordneter Bohrungen ergibt einen gasmischenden
Heizkranz.
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Aus dem inneren Heizkranz 13 tritt nur Heizgas aus, so daß eine Außenmischung
mit dem Schneidsauerstoffstrahl außerhalb des Düsenfußes 3 stattfindet. Die beste
Wirkung zeigt diese neue kombinierte Heizart, wenn der außenmischende Heizflammenkranz
13 innerhalb des stärker heizenden, gasmischenden Heizflammenkranzes 14 angeordnet
ist, und zwar aus folgenden Gründen:
Der außen liegende, stärkere
Heizflammenkranz heizt das zu schneidende material auf relativ großem Umfang im
oberen dicken Bereich gut vor und sorgt dafür, daß von der sigentlichen Brennetelle
am Schneidsauerstoffstrahl wenig Wärme abfließen kann, ohne daß die Wärme zu konzentriert
in der Nähe der Schnittfuge wirkt und die Kanten anschmilzt. Der dann kommende innere
Heizgaskranz wird auf der Außenseite durch die starke Heizung des äußeren Heizkranzes
vorgewärmt und berührt auf seiner Innenseite den Schneidsauerstoffstrafil. Von diesem
wird er mit in die Schneidfuge gesogen, um dann über die ganze Schnittdicke verteilt
in der Fuge zu verbrennen.
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mit einem erfindungsgemäßen Brenner ergab sich beim Schneiden von
200 mm dickem material mit einer Temperatur von etwa 8500 C eine- sichere Schneidgeschwindigkeit
von etwa 380 mm/min bei glatter Schnittfläche und scharfen Kanten. Dagegen wurde
bei Verwendung einer typischen gasmischenden Düse mit 2 Bohrungskränzen nur etwa
250 mm/min bei guter Schnittfläche, aber abgerundeten Schneidkanten und nur 300
mm/min bei Verwendung einer gasmischenden Düse mit einem Bohrungskranz bei guter
Schnittfläche und scharfer Kante erreicht. Rein
außenmischende
Düsen ähnlicher Bauart ohne Heizsauerstoffzufuhr ergeben zu niedrige Schneidgeschwindigkeiten,
ein ungenaues Anschneiden und rauhe Schnittflächen.
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In der Zeichnung und der zugehörigen Beschreibung ist lediglich eine
Ausführungsmögllchkeit der Erfindung dargeste-llt und beschrieben: Es versteht sich
jedoch, daß die Erfindung keineswegs auf diese Ausführungsform beschränkt ist. Vielmehr
gibt es mannigfaltige Abwandlungsmöglichkeiten im Aufbau des Brenners und in der
Ausbildung und Anordnung der Einzelteile, ohne daß dabei der durch die Erfindung
abgesteekte Rahmen verlassen wird.