DE2046414C3 - Schneidbrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schneidbrenner mit einer inneren Schneiddüse und einem äußeren Düsenmantel, bei dem die Schneiddüsenstirnfläche gegenüber der Stirnfläche des Düsenmantels zurückgesetzt oder in gleicher Ebene angeordnet ist, sowie der Schneidsauerstoffstrahl über die Schneiddüse und das Brenngasheizsauerstoffgemisch am Umfang der Schneiddüse zugeführt wird, wobei am Austrittsende des Brenners eine Einsenkung angeordnet ist.

Ein bekannter Schneidbrenner dieser Art (französische Patentschrift 979 274) dient zur Herstellung von Schrägschnitten, beispielsweise zur Schweißkantenvorbereitung. Der Brenner weist hierzu neben dem zentralen Schneidsauerstoff kanal, der dem Geradschnitt dient, weitere, im Düsenmantel vorgesehene Bearbeitungssauersioffkanäle auf, die am Brennerende in der gewünschten, dem Schrägschnitt entsprechenden Richtung zum zentralen Schneidsauerstoffkanal geneigt sind. Die geneigten Sauerstoffkanäle münden in eine am Brennerende vorgesehene Einsenkung von etwa 60° Kegelwinkel.

Außerdem ist noch eine Heizdüse für Maschinenschneidbrenner zum Hochleistungsbrennschneiden der·· selben Art bekannt (Patentschrift Nr. 51 010 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin), bei der am Ende der Düse eine zylindrische Ausnehmung vorgesehen ist, derart, daß die Wärme von Zündflammen von Sekundärheizgaskanälen möglichst intensiv zur Berührung mit dem dicht um den Schneidsauerstoffstrahl ausströmenden Primärheizgas kommt. Bei einem weiteren bekannten Schneidbrenner dieser Art (deutsche Offenlegungsschrift 1 938 360, Offenlegungstag 16. Aprii 1970) wird innerhalb des mit seiner Stirnfläche gegenüber der Schneiddüsenstirnfläche vorgezogenen Düsenmantels ein Strahl brennbaren Pulvers zugeführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schneidbrenner der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß im Bereich der am Austrittsende der Schneiddüse angeordneten Einsenkung ein Unterdruck entsteht, durch den das Brenngas-Heizsauerstoffgemisch in diesen Bereich gesaugt wird und den Sauerstoffstrahl umhüllt.

Diese Aufgabe soll gemäß der Erfindung dadurch gelöst werden, daß die Einsenkung am Mündungsende des Schneidsauerstoffkanals kegelförmig mit einem Kegelwinkel von 90 bis 150° ausgenommen ist. Es ist nun möglich, die Schneidgeschwindigkeit um mehr als 20% zu steigern, und trotzdem weist der Schnitt eine optimale Qualität auf.

Auf Grund des mit großer Geschwindigkeit ausströmenden Bearbeitungssauerstoffes entsteht im Bereich der Einsenkung ein Unterdruck, so daß das Brenngas-Heizsauerstoffgemisch, nachfolgend als Gemisch bezeichnet, in diesen Bereich gesaugt wird (Injektorwirkung) und bereits innerhalb des Brenners den Sauerstoffstrahl umhüllt und somit dessen Mantel mit brennbaren Gasen anreichert.

Mit dem ausströmenden Bearbeitungssauerstoffstrahl gelangt diese angereicherte Mantelzone aus dem Brenner. Dabei findet während des Ausströmens in dieser Zone eine vollkommenere Verbrennung des brennbaren Gases mit Anteilen des Bearbeitungs-Sauerstoffes statt, und die Mantelzone wird dadurch heißer. Diese heiße Zone erhöht das Wärmeangebot an der Reaktionsstelle. Ferner wird bedingt durch die bei der Verbrennung entstehende Expansion des heißen Gasmantels, die auch in Richtung zum Sauerstoffstrahl wirkt, eine Bündelung bzw. Einschnürung des Sauerstoffstrahls über sein Länge erreicht. Hierdurch bleibt das Sauerstoffangebot pro Flächeneinheit über die Länge des Strahls weitgehend konstant. Von besonderem Vorteil ist die dadurch entstehende Reduzierung des Schnittriefennachlaufs.

Diese heiße Mantelzone erlaubt, wie Versuche zeigten, einen größeren Abstand des Brenners von der Werkstückoberfläche, und der Brenner ist außerdem

unempfindlicher gegen Abstandsänderungen bei gleichbleibender Schnittflächenqualität.

Den Unteransprüchen kommt nur im Zusammenhang mit dem Hauptanspruch Schutz zu.

Ein Ausführungsbeispiel der Erlindung für Werkstückdicken bis 100 mm ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Ein Schneidbrenner 10 besteht aus einer Schneiddiisc Il au.-, Messing sowie einem dariibergeschobenen Düscnmantel 12 aus Kupfer, wobei ein gemeinsamer Austritt 13 für den Schneidsauersloff und für das Gemisch vorgesehen ist. Die Schneiddüse 11 weist einen /cntrisch angeordneten Schncidsauerstoffkanal 14 auf.

Der Schneidsauerstoff kanal 14 ist am Mündungsende 15 mit einer Einsenkung 16 versehen, deren Kegelninkel 17 etwa 90 bis 150', vorzugsweise 120", beirägt. Auf die Einsenkung 16 schließt sich in StröiiHingsrichtung des Sauerstoffs gesehen eine zylindrische Ausnehmung 18 an. Die Länge 19 der Ausnehmung 18 beträgt 0,1 bis 1 mni, vorzugsweise 0.3 mm. Die Ausnehmung 18 weist einen Durchmesser von etwa 2,5 mm auf. Entgegen der Strömungsrichtung ist hinter der Einsenkung 16 ein Bereich 20 des Schneidsauerstoffkanals 14 konisch sich verengend ausgebildet, wobei der Konuswinkel 21 etwa 6° beträgt. Dieser konische Bereich 20 geht in einen zylindrischen Bereich 22 über, der den engsten Querschnitt des Schneidsauerstoffkanals 14 darstellt. Der zylindrische Bereich 22 ist wiederum über einen konisch erweiterten Zwischenbereich 23 mit einem einen größeren Durchmesser aufweisenden Zuleitungskanal 24 verbunden, durch den der Sauerstoff mit einem Druck von etwa 6 bis 8 atü der engsten Stelle das ist dem zylindrischen Bereich 22 des Schneidkanals 14 zugeführt wird. Es sind auch Schnitte mit guter Qualität bei Drücken bis herab zu 1,5 atü erreichbar, wobei dann die Schneidgeschwindigkeit allerdings geringer als in der Tabelle angegeben ist.

Der Endbereich 25 der Schneiddüse 11 weist eine konische Außenform auf, wobei der Konuswinkel 26 etwa 25 bis 30° beträgt. Dieser Endbereich 25 liegt in einer Kegelbohrung 27 des Düsenmantels 12 mi! gleichem Konuswinkfil an. Der Düsenmantel 12 ist in Strömungsrichtung hinter der Kegelbohrung 27 sich konisch verengend ausgebildet, wobei der Konuswinkel 28'etwa 120 beträgt.

In der Außenwand des Endbereichs 25 der Schneiddüse sind Schlitze 29 vorgesehen, die vom Düssn-S mantel 12 abgedeckt sind. Die Schlitze 29 weisen eine Tiefe 30 von etwa 1,3 mm auf. Die Schlitzbreite beträgt 0,2 bis 0,4 mm, vorzugsweise 0,3 mm. Im Endbereich 31 der Schlitze 29 weist die Schneiddüse 11 eine Anfasung 32 von etwa 120' auf, wobei die Anfasung am

ίο Umfang des Fußkreises 33 der Schlitze 29 endet.

Der Durchmesser des Fußkreises 33 beträgt etwa 2,8 mm. Diese Dimensionierung der Schlitze ist bis zu Schneiddicken von etwa 100 mm für alle Brenngase gleich.

Die Schneiddüse 11 ist gegenüber dem Düsenmantel 12 etwas zurückgesetzt angeordnet, so daß innerhalb des Schneidbrenners 10 von Schneiddüse 11 und Düsenmantel 12 ein Ringkanal 34 aebildet wird.

Bei dem so ausgebildeten Brenner strömt das Gemisch durch die Zuführung 35 und die Schlitze 29 in den Ringkanal 34 und durch einen Ringspalt 36 innerhalb des Brenners zum Schneidsauerstoffstrahl hin sowie in den Bereich 37 der Einsenkung 16.

Beim Aüsführungsbeispiel ist der Austritt 13 im

»5 Düsenmantel 12 für ein Azetylen-Heizsauerstoffgemisch ausgelegt und weist, im Hinblick auf eine günstige Zuführung der Heizgase zum Schneidsauerstoffstrahl, einen Durchmesser von etwa 3,6 mm auf. Der Schneidbrenner ist auch mit anderen Brenngasen, vorzugsweise mit Propan, Erdgas, Leuchtgas, Methan, betreibbar, aber auch mit anderen bekannten Brenngasen, und zwar ohne Veränderung der Schneiddüse und bei konstanter Dimensionierung des Mischungssystems. Hierzu ist es im Hinblick auf die Vorwärmleistung des Brenners zweckmäßig, an Stelle des bei Azetylen üblichen Düsenmantels einen Düsenmantel 12 mit einem größeren Austritt 13 (z. B. etwa 5 mm) zu verwenden. Der Austritt 13 ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet. Die Länge des Austritts 13 ist bei langsam verbrennenden Gasen, beispielsweise Propan, größer als bei Gasen mit großer Verbrennungsgeschwindigkeit wie Azetylen. Die Schneiddüse 11 ist für alle Brenngase vorteilhaft und bleibt unverändert.

Material: St 37; Brenngas: Azetylen (Klammerwerte gelten für Propan, Leuchtgas, Erdgas):

Temperatur: Raumtemperatur.

Blcch- dicke	Schneid- geschwindigkeit	II	Schneid- düsenbohrung mm	Il	Schneid- sauerstofT- Vordruck alü	Il	Brenngas- Vordruck atü	Brenner-Abstand vom Werkstück mm	I«	Heiz- .,auerstofT- druck atü	Schnitt qualität DIN231O
mm	I	600	1	0,95	I	.3,0	I Il	I		I Il	I Il
10	750	(550)	0,9	(0,95)	6 bis 8	(3,0)
	(660)	450	(0,9)	1,1	(6 bis 8)	3,5
20	550	(440)	1,0	(1,1)	6 bis 8	(3,5)
	(530)	380	(1,0)	1,15	(6 bis 8)	4,5
30	460	(370)	1,0	(1.15)	6 bis 8	(4,5)
	(450)	3-<0	(1,0)	1,4	(6 bis 8)	4,0			3 bis 7
40	420	(34C)	1,15	(1,4)	6 bis S	(4,0)	0,02 bis 1,5	lObis.25	(3 bis 7)	Ibis 5	Güte I
	(420)	320	(1.15)	1.4	(6 bis 8)	4,5	(0,1 bis 1,5)	(10 bis 25)		(1 bis 5)	(Güte 1)
50	390	(320)	1,15	(1,4)	6 bis 8	(4,5)
	(390)	280	(1,15)	1,8	(6 bis 8)	5,5
80	340	(280)	1,4	(1,8)	6 bis 8	(5.5)
	(340)	260	(1,4)	1,8	(6 bis 8)	6,0
100	310	(260)	1,4	(1.8)	6 bis 8	(i5,0)
	(310)	(1,4)	(6 bis 8)

Mit dem so ausgebildeten Brenner sind größere Schnittgeschwindigkeiten erreichbar bei gleichbleibender Schnittflächenqualität. Der Brenner ist für einen großen Werkstoffdickenbereich einsetzbar, beispielsweise für Wsrkstoffdicken von 3 bis 100 mm.

Das Ausführungsbeispiel wurde beschrieben für die Anwendung eines dem Bearbeitungssauerstoffstrahl zugeführten Brenngas-Heizsauerstoffgemisches. Es ist aber auch eine getrennte Zufuhr von Brenngas und Heizsauerstoff zum Bearbeitungssauerstoffstrahl möglich.

In der vorstehenden Tabelle werden einige Schneiddaten, die mit dem beschriebenen Brenner erreichi wurden, veranschaulicht (Spalte I). Ferner sind in dei Tabelle die mit einem bekannten, leistungsstarker Brenner erzielten Schneiddaten angegeben (Spalte II)

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Schneidbrenner mit einer inneren Schneiddüse und einem äußeren Düsenmantel, bei dem die Schneiddüsenstirnfläche gegenüber der Stirnfläche des Düsenmantels zurückgesetzt oder in gleicher Ebene angeordnet ist sowie der Schneidsauerstoffstrahl über die Schneiddüse und das Brenngasheizsauerstoffgemisch am Umfang der Schneiddüse zugeführt wird, wobei am Austriltsende des Brenners eine Einsenkung angeordnet ist, d adurch gekennzeichnet, daß die Einsenkung (16) am Mündungsende (15) des Schneidsauerstoffkanals (14) kegelförmig mit einem Kegelwinkel (17) von 90 bis 150° ausgenommen ist.

2. Brenne¹" nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daii die Einsenkung (16) einen Kegelwinkel von 120° aufweist.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsenkung(16) in Strömungsrichtung gesehen, in einer zylindrischen Ausnehmung endet, wobei die Länge (19) der zylindrischen Ausnehmung (18) etwa 0,1 bis 1 mm, beträgt.

4. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (19) der Ausnehmung (18) 0,3 mm beträgt.

5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmöffnung (36) für das Brenngas-He:zsa> irstoffgemisch ein Ringspalt (36) eines Ringkanals (34) ist, welcher mit Kanälen (29, 34) für das Gemisch in Verbindung steht.

6. Brenner nach Anspruch 5, bestehend aus einer Schneiddüse und einem darübergeschobenen Düsenmantel, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzung des Ringkanals (34) durch die Schneiridüse(ll) und den Düsenmantel (12) gebildet wiro und daß die Innenbohrung des Düsenmantels (12) im Bereich des Ringkanals (34) konisch verengend ausgebildet ist, wobei der Konuswinkel (28) etwa 120° beträgt.

7. Brenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Ringkanal (34) in Verbindung stehenden Kanäle für das Gemisch durch Schlitze (29) in der Außenwand der Schneiddüse (11) gebildet werden, wobei die Schlitze (29) von dem Düsenmantel (12) abgedeckt werden.

8. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (29) eine Tiefe (30) von etwa 1,3 mm aufweisen und die Schlitzbreite 0,2 bis 0,4 mm, vorzugsweise 0,3 mm beträgt.