DE2208312C3 - Flämmeinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flämmeinheit mit einer von ebenen oberen und unteren Flächen begrenzten, breiten, durchgehenden Schlitzdüse zur Ausbildung eines durch das vordere Düsenende in einer quer über das zu flammende Werkstück reichenden Zone austretenden, flächigen Sauerstoffstromes, einer Mehrzahl von öffnungen, über die Sauerstoff in das hintere Ende der Schlitzdüse einströmt, und einer den Sauerstoffdurchfluß durch einen Abschnitt der Schlitzdüse begrenzenden Absperreinrichtung.

Baustahlprofile, wie I-Träger, U-Profile u.dgl., werden im allgemeinen ausgehend von rechteckigen Blökken gewalzt, indem Rohlinge, beispielsweise Trägerrohlinge, gebildet werden, deren Querschnittsumriü 312

ähnlich der Form des fertigen Werkstückes ist Die Rohlinge werden dann weiter auf das ge wünsch ie Profil gewalzt, indem sie einer Reihe von aufeinanderfolgenden Formänderungen und Querschnittsabnahmen -ausgesetzt werden. Trägerrohlinge stellen iafolgedessen eine Zwischenstufe beim Walzen des Fertigprodukts dar.

Oberflächenfehler, wie Risse, Nähte und Schlackeneinschlüsse, finden sich im allgemeinen sowohl in den Flansch- als auch in den Stegabschnitten der Trägerrohlinge. Da bei Vorhandensein solcher Fehler die Belastbarkeit der fertigen I-Träger erheblich beeinträchtigt wird, werden die Trägerrohlinge für gewöhnlich einer als Flämmen bezeichneten thermochemischen Oberflächenreaktion ausgesetzt.

Bekanntlich liegen die am höchsten beanspruchten Teile eines belasteten I-Trägers in den äußeren Ecken, d. h. den beiden Flanschabschnitten des Trägers. Fehler im Bereich des Steges sind im allgemeinen unkritisch, da sie die Belastbarkeit des fertigen Trägers nicht beeinträchtigen und infolgedessen eher geduldet werden können. Beim Flämmen von Trägerrohlingen wird daher zweckmäßigerweise die Flämmreaktion auf die Flanschabschnitte beschränkt, während die Oberfläche des Stegabschnitts ungeflämmt bleibt (US-PS 22 95 523).

Das Flämmen von Trägerrohlingen erfolgte bisher in erster Linie mit Hilfe von Spezialmaschinen, die nur in der Lage sind. Werkstücke von bestimmter Größe und Form zu verarbeiten. So sind Flämmaschinen bekannt (US-PS 33 98 943), bei denen die Flämmköpfe entsprechend der speziellen Gestalt des zu flammenden Werkstückes geformt sind. Derartige Maschinen eignen sich zwar gut für das Flämmen von Trägerrohlingen einer bestimmten Größe. Sie haben jedoch den entscheidenden Nachteil, daß es wegen der für die Montage und Demontage der Flämmköpfe erforderlichen übermäßigen Zeitdauer ausgeschlossen ist, derartige Maschinen in wirtschaftlicher Weise für andere Zwecke als für Werkstücke mit einer einzigen vorbestimmten Größe und Gestalt einzusetzen. Infolgedessen haben solche Maschinen nur einen begrenzten wirtschaftlichen Wert.

In dem Bemühen, der großen Vielzahl von Werkstückgrößen und -formen gerecht tu werden, die in Hüttenwerken anzutreffen ist, wurden für das Flämmen von Trägerrohlingen herkömmliche Vierseilen-Flämmaschinen (US-PS 34 62 135) benutzt, die sich selbst auf die Werkstückgröße einstellen. Die Verwendung solcher Maschinen für das Flämmen von Trägerrohlingen bringt jedoch erhebliche Probleme mit sich. Wenn ein gleichförmiger Sauerstoffstrom aus den vier die Trägerrohlinge umgebenden Seiten austritt, wird der Werkstoff ungleichmäßig abgetragen, weil die Flämmreaktion entlang den Kanten und Seiten der Flansche wesentlich stärker abläuft als die Reaktion im Bereich der Stegoberfläche. Dies hat eine schlecht zu beherrschende Flämmreaktion und damit ein mangelhaftes Flämmen des Werkstückes zur Folge. Von noch größerer Bedeutung ist, daß es bisher beim Flämmen von Trägerrohlingen mit einer Vierseiten-Flämmaschine nicht möglich war, nur den Flanschteil der Trägerrohlingoberfläche zu flämmen. Dieses Problem ist auf die Ausbildung der durchgehenden Sauerstoffschlitzdüse zurückzuführen, mit der die Flämmköpfe versehen sind. Derartige Düsen sorgen für einen ununterbrochenen und gleichförmigen flächigen Strom aus Sauerstoffgas, der sich quer über die zu bearbeitende Oberfläche des metallischen Werkstückes erstreckt. Da in den mei-

sten Fällen nur die Flansche des Trägerrohlings geflammt zu werden brauchen, stellt das Abtragen von Metall von der Stegoberfläche einen überflüssigen Arbeitsvorgang dar, der den gesamten Flämmvorgang unwirtschaftlich macht, insbesondere, wenn die Stegoberfläche den größeren Teil der Workstückoberfläche bildet.

Entsprechendes gilt auch für einen bekannten Flämmbrenner (OE-PS 2 62 728), der aas mehreren ne beneinander angeordneten Segmenten mit Gaszuleitungen besteht, die mit Hilfe von Magnetventilen segmentweise abgeschaltet werden können, wobei zur Feineinstellung der Arbeitsbreite des Brenners das eine Randsegment mit einer stufenlos verstellbaren Kolbensteuerung ausgestattet ist. In einer durchgehenden Schlitzdüse expandiert nämlich der Flämmsauerstoff seitlich. Er trifft daher auch auf die Werkstückzonen, die nicht bearbeitet werden sollen. Da ferner Werkstücke, wie I-Träger, U-Profile u.dgl., die unterschiedlichsten Abmessungen und Querschnittsformen haben können, müßte bei Anwendung dieses bekannten Brenners für solche Werkstücke die Segmentunterteilung sehr fein gewählt v/erden. Dadurch wird der Brenner sehr teuer, weil für jedes Segment getrennte Gaszuführungen und eigene Magnetventile erforderlich sind.

Es ist ferner ein Flachbrenner für die Oberflächenhärtung bekannt (DT-PS 8 78 782), der einen zylindri sehen Hohlraum aufweist, in dem ein oder zwei als Absperrorgane dienende Kolben sitzen. Auch bei Anwendung dieses Prinzips für eine Flämmeinheit der vorliegend erläuterten Art, dehnt sich der Flämmsauerstoffstrahl in der durchgehenden Schlitzdüse seitlich aus, so daß eine saubere Strahlbegrenzung ausgeschlossen ist. Des weiteren erlaubt ein solcher Brenner beispielsweise nicht die Bearbeitung von I-Profilen, weil er eine Absperrung der Gaszufuhr nur an den seitlichen Endbereichen, nicht aber im mittleren Bereich zuläßt.

Schließlich ist es bekannt (DT-AS 10 96 170), beim gleichzeitigen mehrseitigen Flämmen von Werkstükken auf die nicht zu flammende Stirnseite des Werk-Stückes einen Schutzkörper aufzusetzen, der so bemessen ist, daß zu Beginn des Flämmvorganges keine Zunder-, Metall- oder Schlackenteile auf das jeweils gegenüberliegende Brenneraggregat geschleudert werden und dessen Düsen zusetzen. Will man auf diese Weise Werkstücke nur über einen vorbestimmten Teil ihrer Breite flammen, muß der Schutzkörper umständlich an jedem einzelnen zu bearbeitenden Werkstück neu angebracht werden. Dies ist schon wegen der meist großen Werkstücklänge äußerst schwierig. Da der Schutzkörper dem brennenden Flämmsauerstoffstrah! ausgesetzt ist, wird er rasch zerstört. Selbst wenn er der Flämmtemperatur widersteht, wird er durch Schlackenansätze rasch unbrauchbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flämmeinheit zu schaffen, die es auf wirtschaftliche Weise erlaubt, die Flämmreaktion auf vorbestimmte Werkstückzonen zu beschränken, die einfach an unterschiedliche Werkstückgrößen und -formen angepaßt werden kann und die sich auch für selbsteinstellende Vierseiten-Flämmaschinen eignet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Absperreinrichtung ein oder mehrere in die Schlitzdüse im wesentlichen angrenzend an die obere und untere Begrenzungsfläche der Schlitzdüse eingesetzte Absperrkörper vorgesehen sind.

Nach Einsetzen der Absperrkörper können beliebig viele Werkstücke gleicher Querschnittskontur geflammt werden, ohne daß es zusätzücher Moniagevorgänge, wie etwa des Anbringens von Schutzkörpern an jedem einzelnen zu bearbeitenden Werkstück, bedarf. Der in dem Düsenschlitz sitzende Absperrkörper hat eine lange Standzeit, da der Flämmsauerstoff erst brennt, nachdem er an dem Absperrkörper bereits vorbeigeströmt ist und da außerdem der Absperrkörper von der ohnehin vorhandenen Brennerkühlung mitgekühlt wird. Der Absperrkörper verhindert eine seitliche Expansion des die Flämmeinheit verlassenden Flämmsauerstoffstrahls. Die gewünschte Arbeitszone läßt sich infolgedessen sehr sauber und genau festlegen.

Die Flämmeinheit nach der Erfindung eignet sich hervorragend für das Flämmen von Trägerrohlingen, ist jedoch darauf nicht beschränkt. Vielmehr können beliebige metallische Werkstücke bearbeitet werden, bei denen ein Teil der Oberfläche geflammt werden soll, während der restliche Teil ungeflämmt bleiben soll. Die Flämmeinheit nach der Erfindung eignet sich damit insbesondere für das Flammen von metallischen Werkstücken mit ungleichförmigem Querschnitt.

Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß der oder die Absperrkörper eine vorbestimmte Anzahl der zur Schlitzdüse führenden Öffnungen absperren und von dort unter vollständiger Ausfüllung eines Abschnittes der Schlitzdüse nach vorne bis zum vorderen Ende der Schlitzdüse reichen. Die Seitenflächen des oder der Absperrkörper können im wesentlichen parallel zu den Seitenflächen der Flämmeinheit verlaufen, wodurch der Flämmsauerstoff auf einer geraden Bahn geführt wird.

Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung verlaufen die Seitenflächen des oder der Absperrkörper derart winkelförmig, daß ein Teil des durch die Schlitzdüse hindurchtretenden Sauerstoffstroms seine Richtung ändert und der auf einem vorbestimmten Teil des Werkstückes auftreffende Sauerstoffstrahl geschmolzenes Metall daran hindert, über den restlichen Teil des Werkstückes zu fließen.

Zweckmäßigerweise sind der oder die Absperrkörper an der Flämmeinheit lösbar angebracht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind zusätzliche Düsen vorgesehen, die geschmolzenes Metall daran hindern, von dem vorbestimmten Teil des zu flammenden Werkstückes zu dem restlichen Teil des Werkstückes zu gelangen, und die einen Druckluftstrom quer über die Breite des restlichen Teils des Werkstückes richten.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 einen Trägerrohling, bei dem die bevorzugte Art des Metallabtrags durch gestrichelte Linien angedeutet ist,

F i g. 2 eine schematische, teilweise verkürzte Schnittdarstellung einer Flämmeinheit in Verbindung mit einer Vierseiten· Flämmaschine entsprechend einer bevorzugten Ausführungstorm der Erfindung,

F i g. 3 einen Schnitt einer Flämmeinheit mit zwei winkelig ausgebildeten Absperrkörpern,

F i g. 4 eine schematische Ansicht eines Trägerrohlings, bei der die Strömungsprofile der Flämmsauerstoffströme in Verbindung mit zusätzlichen Druckluftströmen eingezeichnet sind und

F i g. 5 teilweise im Schnitt, einen schematischen Aufriß einer Flämmeinheit, in deren Sauerstoffdüse ein Absperrkörper angeordnet ist.

In F i g. I ist die bevorzugte Art des Flämmens eines Trägerrohlin£s durch die gestrichelte Linie 1 angedeu-

tet. Wie ersichtlich, erfolgt ein Metallabtrag nur entlang der Oberfläche der Flansche 2 und 3 des Trägerrohlings, während die Oberseite 4 und die'Unterseite 5 des Stegs 6 unbehandelt bleiben.

F i g. 2 zeigt eine Flämmeinheit 10, die als obere Flämmeinheit bei einer (nicht vollständig veranschaulichten) Vierseiten-Flämmaschine verwendet wird, die, wie schematisch angedeutet, außerdem eine untere Flämmeinheit II, eine erste Seiteneinheit 12 und eine zweite Seiteneinheit 13 aufweist. Flämmsauerstoff, der mittels eines Pfeils 14 angedeutet ist, wird über eine Sauerstoffzuleitung 15 zugeführt und gelangt von dort über mehrere öffnungen 16 in das hintere Ende einer durchgehenden Schlitzdüse 17. Der Sauerstoff läuft durch die Schlitzdüse 17 in Richtung der Pfeile 18. 19 hindurch und tritt am vorderen Ende 20 der Schlitzdüse 17 aus. Er wird dabei auf die Flansche 21 und 22 des Werkstückes W gerichtet, das vorliegend als I-Träger veranschaulicht ist. Absperrkörper 23, 24 reichen bis an die obere und die untere Fläche der (in dieser Darstel- _J0 lung nicht sichtbaren) Vorwärmblöcke; sie stehen mit dem hinteren Ende der Schlitzdüse 17 derart in Kontakt, daß bestimmte öffnungen 16 abgesperrt werden, und reichen von dort aus in den Bereich 25 des vorderen Endes der Schlitzdüse 17, wobei sie einen Abschnitt der Schlitzdüse vollständig ausfüllen. Die Absperrkörper 23, 24 sind derart innerhalb der Schlitzdüse 17 angeordnet, daß sie das Auftreffen von Sauerstoffgas auf die Stegoberfläche 26 des Werkstückes W verhindern. Dort findet infolgedessen keine Flämmsauerstoffreaktion statt. Der Trägerrohling wird daher nur entlang den Oberflächen der Flansche 21 und 22 selektiv geflammt.

Ein in Abhängigkeit von der Werkstückgröße verstellbarer Kolben 27 wird innerhalb der Sauerstoffzuleitung 15 in herkömmlicher Weise in Abhängigkeit von der Größe des jeweils zu flammenden metallischen Werkstückes eingestellt. Er verhindert, daß das Sauerstoffgas 14 die Sauerstoffzuleitung 15 hinter dem O-Ring 28 füiit. Damit wird die Anzahl der öffnungen 16 vorgegeben, in die Sauerstoff von der Sauerstoffzuleitung 15 aus gelangen kann. Bei der veranschaulichten Ausführungsform sind die rechts der öffnung 30 liegenden öffnungen abgesperrt; Sauerstoff gelangt nur zu den links der öffnung 30 liegenden öffnungen.

Die Absperrkörper 23, 24 werden innerhalb der Schlitzdüse 17 mittels einer Schraube 31 lösbar gehalten, die ein Andruckstück 32 gegen einen zusammendrückbaren Klotz 33 preßt, der beispielsweise aus Polytetrafluorethylen gefertigt sein kann. Dies hat zur FoI-ge, daß sich der Klotz 33 in einer zur Schraube 31 senkrecht stehenden Richtung ausdehnt und gegen eine Fläche des Vorwärmblocks anpreßt, die in F i g. 2 nicht veranschaulicht ist, da die betreffenden Flächen parallel zur Zeichenebene liegen.

In F i g. 3 sind winkelförmige Absperrkörper 40 und 41 veranschaulicht. Solche Körper eignen sich für An wendungsfälle, bei denen für eine Richtungsänderuni des durch die Düse 17 hindurchlaufenden Flämmsauer Stoffstroms gesorgt werden soll. Indem in Abhängigkei¹ von einem vorgegebenen, zu flammenden Werkstück für eine zweckentsprechende Formgebung der Seitenfläche der Absperrkörper 40 und 41 gesorgt wird, ist es möglich, eine solche Sauerstoffströmungsverteilung zu erzielen, daß der Sauerstoff auf den zu flammenden Abschnitt der Werkstückoberfläche so auftrifft, daß geschmolzenes Metall daran gehindert wird, auf den nicht zu flammenden Abschnitt des Werkstückes zu laufen. Die Absperrkörper 40,41 sind mit Hilfe von Schrauben 42, Andruckstücken 43 und komprimierbaren Klötzen 44 in entsprechender Weise wie die Absperrkörper 23. 24 in die Schlitzdüse 17 lösbar eingesetzt.

F i g. 4 zeigt in Verbindung mit der beschriebenen Flämmeinheit verwendbare Luftdüsen 50. Mit Hilfe dieser Luftdüsen werden Druckluftströme 51, die oberhalb und unterhalb des Stegs 52 veranschaulicht sind, auf den Steg gerichtet und von diesem in Richtung auf die Flansche 53 abgelenkt, um geschmolzenes Metall daran zu hindern, von den geflammten Flanschen 53 aus auf die Oberfläche des Stegs 52 zu gelangen. Der Ablenkungswinkel des Luftstromes 51 hängt von dem Auftreffwinkel auf den Steg 52, der speziellen Form der von dem Luftstrom getroffenen Werkstückoberfläche und der Bewegung der Werkstückoberfläche gegenüber dem Luftstrom ab. Der auf die Flansche 53 auftreffende Sauerstoffstrom ist bei 54 angedeutet. Der Winkel A, d. h., der Auftreffwinkel, den der Luftstrom 51 mit der Oberfläche des Stegs 52 bildet, ist vorzugsweise immer etwas kleiner als der Winkel ß, d. h. der Auftreffwinkel zwischen dem Sauerstoffstrom 54 und der Kante des Flansches 53.

F i g. 5 zeigt die Anordnung des Absperrkörpers 60, der die zwischen der Unterseite 62 des oberen Vorwärmblockes 63 und der Oberseite 64 des unteren Vorwärmblockes 65 gebildete Sauerstoffdüse 61 teilweise ausfüllt.

Vorzugsweise liegen die Absperrkörper 23, 24 nicht unmittelbar an den die Schlitzdüse 17 begrenzenden oberen und unteren Flächen an, sondern es ist für einen kleinen Zwischenraum gesorgt, durch den eine geringe Menge an Sauerstoff hindurchströmen kann. Dies ist in F i g. 2 veranschaulicht, wo Ausnehmungen 38, 39 zwischen den oberen Flächen der Absperrkörper 23 bzw. 24 und der Unterseite des oberen Vorwärmblockes vorgesehen sind, so daß ein schwacher Sauerstoffgasstrom, der von den öffnungen hinter den Absperrkörpern 23. 24 ausgeht, durch die Ausnehmungen hindurch gelangen kann. Der schwache Sauerstoffstrom hat die Aufgabe, die freiliegende vordere Endfläche des oberen Vorwärmblockes von rückströmender Schlacke freizuhalten, die sich andernfalls während des Flämmvorganges ansetzen würde.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

Patentansprüche: 22

1. Flämineinheit mit einer von ebenen oberen und unteren Flächen begrenzten, breiten, durchgehenden Schlitzdüse zur Ausbildung eines durch das vordere DQsenende in einer quer über das zu flammende Werkstück reichenden Zone austretenden, flächigen Sauerstoffstromes, einer Mehrzahl von öffnungen, über die Sauerstoff in das hintere Ende der Schlitzdüse einströmt, und eine den Sauerstoffdurchfluß durch einen Abschnitt der Schlitzdüse begrenzende Absperreinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß als Absperreinrichtung ein oder mehrere in die Schlitzdüse (17) im wesentlichen angrenzend an die obere und untere Begren-2ungsfläche (62,64) der Schlitzdüse eingesetzte Absperrkörper (23,24,40,41) vorgesehen sind.

2. Ffämmeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Absperrkörper (23, 24, 40, 41) eine vorbestimmte Anzahl der zur Schlitzdüse (17) führenden öffnungen (16) absperren und von dort unter vollständiger Ausfüllung eines Abschnittes der Schlitzdüse nach vorne bis zum vorderen Ende der Schlitzdüse reichen.

3. Flämmeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen des oder der Absperrkörper (23, 24) im wesentlichen parallel zu den Seitenflächen der Flämmeinheit (10) verlaufen.

4. Flämmeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen des oder der Absperrkörper (40, 41) derart winkelförmig verlaufen, daß ein Teil des durch die Schlitzdüse (17) hindurchtretenden Sauerstoffstroms seine Richtung ändert und der auf einem vorbestimmten Teil des Werkstückes auftreffende Sauerstoffstrahl geschmolzenes Metall daran hindert, über den restlichen Teil des Werkstückes zu fließen.

5. Flämmeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Absperrkörper (23, 24,40, 41) an der Flämmeinheit (10) lösbar angebracht sind.

6. Flämmeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Düsen (50) vorgesehen sind, die geschmolzenes Metall daran hindern, von dem vorbestimmten Teil des zu flammenden Werkstückes zu dem restlichen Teil des Werkstückes zu gelangen, und die einen Druckluftstrom quer über die Breite des restlichen Teils des Werkstückes richten.