DE2725544C2

DE2725544C2 - Abschirmeinrichtung für einen Schneidbrenner

Info

Publication number: DE2725544C2
Application number: DE2725544A
Authority: DE
Inventors: Georg Ing.(Grad.) Roeder; Helmut Sachs
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1977-06-07
Filing date: 1977-06-07
Publication date: 1979-08-02
Also published as: IT1096462B; SE7806383L; IT7824152A0; DE2725544B1; JPS544261A; FR2393643A1; GB1584546A; JPS5843186B2; FR2393643B3

Description

Die Erfindung betrifft eine Abschirmeinrichtung für einen Schneidbrenner zum Durchtrennen von Werkstücken nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

ι; Beim Brennschneiden entstehen gesundheitsschädigende Gase und Staub, insbesondere Eisenoxidstaub. Zwei Drittel des während des Schneidens anfallenden Eisenoxidstaubes bildet sich unter dem Werkstück, wogegen das übrige Drittel oberhalb des Werkstückes anfällt und dort, aufgrund der durch den Schneidprozeß über dem Werkstück herrschenden Turbulenzen, in der Luft schwebt. Um diese gesundheitsschädigenden Auswirkungen zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen, das Bedienungspersonal einer solchen Brennschneidmaschine mit Atemmasken auszurüsten oder die Maschine selbst mit einer sogenannten Absauganlage auszustatten. Atemmasken werden aber nachteiligerweise für dan Benutzer, insbesondere nach längerem Tragen, sehr lästig. Absauganlagen sind sehr aufwendig

jo in ihrer Anschaffung und werden daher oft nicht verwendet Auch ist eine nachträgliche Ausrüstung einer Brennschneidmaschine mit einer solchen Absauganlage äußerst aufwendig und damit unwirtschaftlich.
Um diese Nachteile beim Brennschneiden zu

J5 vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen (DE-OS 23 63 831) an den oder die Brenner einer Brennschneidmaschine eine Abschirmeinrichtung anzuordnen. Dieser Abschirmeinrichtung, welche am Brenner oberhalb dessen Schneiddüse angeordnet ist, wird ein Wasser-Preßluft-Gemisch zugeführt, welches aus am Umfang der Einrichtung verteilt angeordneten Bohrungen ausströmt. Dieses ausströmende Preßluft-Wasser-Gemisch bildet eine glockenförmige Schutzwand um die Schneidstelle.

Von Nachteil bei einer derartigen Abschirmeinrichtung ist jedoch, daß die sich bildenden Wassertröpfchen zu groß sind, so daß dadurch der Grad der Staubbindung minimal bleibt. Weiterhin ist es erforderlich, mit einem großen Wasser- und Preßluftdurchsatz pro Zeiteinheit

ίο zu arbeiten. Darüber hinaus sind die sich bildenden Wassertröpfchen in ihrer Größe sehr unterschiedlich und weiterhin ist deren Verteilung ebenfalls unregelmäßig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend

τ. von dem zuvor geschilderten Stand der Technik, bei einem Schneidbrenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine Abschirmeinrichtung vorzusehen, mit der eine optimale Bindung des beim Brennschneiden entstehenden Staubes (Rauch) gewährleistet ist.

in ι Zur Lösung der genannten Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß der Abschirmeinrichtung separate Zuführleitungen für Wasser bzw. Preßluft zugeordnet sind und daß diese Leitungen mit jeweils einem Ringkanal im Innern der Einrichtung verbunden

ι , sind sowie daß an deren Unterseite Düsen vorgesehen sind, welche über eine Durchgangsbohrung sowohl mit dem Preßluft- als auch mit dem Wasserkanal verbunden sind.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Durchgangsbohrung mehrteilig ausgebildet ist, wobei der untere Teil die Düse mit dem Preßluftkanal, der mittlere Teil die Preßluft mit dem Wasserkanal verbindet, und daß der obere mit dem Wasserkanal verbundene Teil der Bohrung zur Aufnahme eines Ventils vorgesehen ist

Durch diese erfindungsgemäße Gestaltung der Abschirmeinrichtung ist gewährleistet, daß durch das Vernebeln von Wasser der sich über dem Werkstück bildende St^sb sowie die beim Brennschneiden entstehenden gesundheitsschädigenden Rauchgase von diesem Wassernebel gebunden und niedergeschlagen werden.

Dabei ist in vorteilhafter Weise die auszubringende und zu vernebelnde Wassermenge pro Zeiteinheit so gering, daß es zu keiner Pfützenbildung auf dem Werkstück kommt

Gemäß der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß das im oberen Bohrungsteil angeordnete Ventil als ein Nadelventil ausgebildet ist, dessen kegelförmige Nadel in den mittleren Bohrungsteil eingreift In diesem Zusammenhang ist es weiterhin von Vorteil, wenn jeder Düse ein Ventil zugeordnet ist Durch die Verwendung eines Nadelventils ist es in vorteilhafter Weise möglich, eine Feindosierung des Wasser-Preßluft-Gemisches so vorzunehmen, daß eine effektive Vernebelung des Wassers durch die Preßluft erfolgt Da weiterhin jeder Düse, aus welcher der Wassernebel austritt ein Ventil zugeordnet ist, kann somit in vorteilhafter Weise eine partiellindividuelle Einstellung des von der Abschirmeinrichtung erzeugten Wassernebels auf einem gewissen Teilbereich erzielt werden.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die im Zusammenhang mit der Zeichnung zur weiteren Erläuterung dient. In dieser Zeichnung sind dargestellt, in

Fig. I eine schematische Ansicht mit einer Brennschneidmaschine,

F i g. 2 eine vergrößerte Teilansicht eines Schneidbrenners einschließlich der erfindungsgemäßen Abschirmeinrichtung,

F i g. 3 eine Teil-Schnittansicht der erfindungsgemäßen Abschirmeinrichtung,

F i g. 4 eine Seitenansicht ähnlich F i g. 2 mit in Betrieb befindlicher Abschirmeinrichtung und

Fig.5 eine Draufsicht der Fig.4 in vereinfachter Darstellung.

In Fig. 1 ist eine Brennschneidmaschine 10, bestehend aus zwei Seitenfahrwerken 12 sowie einer dieser zugeordneten Auflage 14, dargestellt. Die Brennschneidmaschine weist einen Brennerwagen 16 mit daran befestigtem Schneidbrenner 18 zum Schneiden eines auf der Auflage ruhenden Werkstücken 20 auf. Es ist selbstverständlich und liegt im Rahmen der Erfindung, an der Brennschneidmaschine 10 auch mehr als einen Schneidbrenner 18 vorzusehen.

Wie ersichtlich, ist am unteren Ende des Schneidbrenners 18, und zwar im Bereich seiner Düse 22 seiner Abschirmeinrichtung 24 angeordnet. Diese erfindungsgemäße Abschirmeinrichtung ist in den Fig. 2 bis 5, insbesondere in F i g. 3, im Detail vergrößert dargestellt.

Wie insbesondere aus Fig.2 ersichtlich, ist am Brennerschaft 26 des Schneidbrenners 18 die Abschirmeinrichtung 24 angeklemmt. Die Abschirmeinrichtung 24 besteht im Ausführungsbeispiel aus einem viereckigen, den Brennerschaft 26 ummantelnden Gehäuse 28, welches an seiner einen Seite einen Längsschlitz 30 aufweist Dieser Längsschlitz erstreckt sich bis zur Zentrumsbohrung 32 des Gehäuses 28, welche zur Aufnahme des Brennerschaftes 26/Jient

Die beiden durch den Längsschlitz 30 voneinander getrennten Abschnitte 34,36 des Gehäuses 28 sind über eine Klemmschraube 38 miteinander verbunden und werden durch diese zwecks Anklemmung des Gehäuses 28 an den Brennerschaft 26 gegeneinander gedruckt

Diese Art der Befestigung der Abschirmeinrichtung 24 am Schneidbrenner (Anklemmung) ermöglicht, daß diese Einrichtung schnell und unproblematisch auf den gewünschten Abstand zum Werkstück 40 in ihrer Höhe eingestellt werden kann.

An der dem Längsschlitz 30 abgewandten Seite des Gehäuses 28 sind zwei Zuführleitungen 42, 44 für Wasser bzw. Preßluft vorgesehen. Diese beiden Leitungen münden mit unterschiedlicher Höhe im Gehäuse 28 (vgl. hierzu auch F i g. 3).

Wie aus F i g. 2 weiterhin ersichtlich, ist auf der Oberseite 46 des Gehäuses 28, und zwar im Bereich der Ecken jeweils ein Ventil 48 angeordnet Auf der gegenüberliegenden Seite der Ventile 48 sind an der Unterseite 50 des Gehäuses 28 Düsen 52 vorgesehen, aus welchen in noch zu beschreibender Weise ein die Schneidstelle 54 umschließender Wassernebel austritt.

Wie aus F i g. 2 und auch aus F i g. 4 ersichtlich, ist der 3ereich der Unterseite 50, an welchem die Düsen 52 angeordnet sind, abgeschrägt (vgl. hierzu den Winkel λ in Fig.4). Diese Abschrägung ergibt eine nach außen gerichtete Anordnung der Düsen 52, wobei deren Mittelachse 56 mit der Achse 58 des Ventils 48 den gleichen Winkel λ bilden.

In F i g. 3 ist der Bereich des Gehäuses 28 im Schnitt dargestellt, in welchem das Ventil 48 sowie die Düse 52 vorgesehen sind. Wie ersichtlich, besitzt das Gehäuse 28 in seinen Eckbereichen jeweils eine Durchgangsbohrung 62, welche mehrteilig ausgebildet ist. Der untere Bohrungsteil 66, in welchem die Düse 52 eingeschraubt ist, steht mit einem ersten Ringkanal 68 in Verbindung, welcher seinerseits an die Zuführleitung 44 für die Preßluft angeschlossen ist. Oberhalb des ersten Ringkanals ist ein zweiter Ringkanal 70 angeordnet, der mit der Zuführleitung 42 für Wasser in Verbindung steht.

Beide Ringkanäle 68, 70 sind jeweils im Bereich der Düsen 52 bzw. des Ventils 48 miteinander verbunden, und zwar über den mittleren Bohrungsteil 72.

Mit dem Ringkanal 70 steht der obere Bohrungsteil 74 in Verbindung, in welchem das Ventil 48 eingesetzt ist. Dieser obere Bohrungsteil 74 ist wie auch der untere Bohrungsteil 64 als Gewindebohrung ausgebildet, in welche das Ventil 48 mit seinem Ventilkörper 76 eingeschraubt ist. Zur Abdichtung gegenüber der Atmosphäre ist am Ventilkörper 76 ein O-Ring 78 vorgesehen. Ein solcher O-Ring ist auch der Düse 52 zugeordnet. Dadurch ist eine gasdichte Absperrung des Gehäuseinnern der Abschirmeinrichtung 24 gegenüber der Außenatmosphäre gewährleistet.

Der Ventilkörper 76 endet in einer kegelförmigen Ventilnadel 80, welche in den mittleren Bohrungsteil 72 der Durchgangsbohrung 62 hineinragt. Dieser mittlere Boli.ungsteil bildet mit seiner Oberkante 82 einen mit der Ventilnadel 80 zusammenwirkenden Ventilsitz, so daß dadurch die Verbindung zwischen den beiden Ringkanälen 68 bzw. 70 (mittlerer Bohrungsteil 72) in ihrem Öffnungsquerschnitt regulierbar ist.

Wie aus Fig.3 ersichtlich, fluchten die beiden Bohrungsteile 72, 74 miteinander, d. h_M sie besitzen die gleiche Mittelachse 58. Der untere Bohrungsteil 66 hingegen ist bedingt durch die schräg angeordneten Düsen 52 ebenfalls schräg verlaufend im Gehäuse 28 angeordnet, wobei dessen Mittelachse die Achse 56 ist (vgl.hierzu Fig.4).

Wie aus F i g. 2 zu entnehmen, ist jeder Düse 52 ein separates Ventil 48 (entsprechend F i g. 3) zugeordnet, so daß dadurch eine individuelle Steuerung der Düsen möglich ist. Über diese Zuführleitung 42 wird das Wasser mit einem Druck von ca. 4 bar mittels der Ringleitung 70 an die (im Ausführungsbeispiel 4) Ventile 48 herangeführt.

Dem mit der Zuführleitung 44 verbundenen, genau unterhalb des Ringkanals 70 angeordneten Ringkanal 68 wird Preßluft mit einem Druck von ca. 2 bar zugeführt, welche aus den Düsen 52 ausströmt. Wenn nun eines der Ventile 48 geöffnet wird, wird nun durch den aus der Düse 52 austretenden Preßluftstrom das direkt über ihm durch den mittleren Bohrungsteil 72 ankommende Wasser mitgerissen. Da der Düsenaustritt 84 in vorteilhafter Weise kleingehalten ist (Düsendurchmesser zwischen 0,2 und 0,4 mm), wird das von der Preßluft mitgerissene Wasser aufgrund der in der Düse herrschenden Strömungsgeschwindigkeiten bei deren Verlassen und dadurch bedingten Expansion in der umgebenden Atmosphäre in feinste Tröpfchen (Nebel) zerrissen. Mit Hilfe der sehr feinfühlig wirkenden Nadelventile 48 (bedingt durch die sehr minimale Steigung des Gewindes auf dem Ventilkörper 76) ist es möglich, die der Düse 52 zuzuführende Wassermenge exakt zu dosieren und dadurch eine Wasserausbringung zu erhalten, welche von einem Nebel bis zu einem großtröpfigen Wasser-Preßluft-Gemisch reicht. Durch die in vorteilhafter Weise gegebene Dosierungsmöglichkeit der einer jeden Düse zuführbaren Wassermenge ist es möglich, Fertigungstoleranzen z. B. bei der Herstellung der Düsenbohrungen oder der Ventilnadel 80 durch entsprechende Einstellung des Ventils auszugleichen. Die in der Zeiteinheit auszubringende Wassermenge ist gemäß der Erfindung variabel einstellbar, so daß dadurch die gewünschte Vemebelung (vgl. hierzu Bezugszeichen 86 in F i g. 4) der Schneidstelle 54 mühelos erzielbar ist

Durch den sich um die Schneidstelle 54 herum in Form eines Mantels aufbauenden Nebel wird eine optimale Bindung der während des Brennschneidens sich bildenden Rauchgase sowie des dabei auch entstehenden Staubes erzielt Die für eine solche Vemebelung erforderliche Wassermenge ist vorteilhaft minimal. So werden beispielsweise, wie Versuche ergeben haben, pro Stunde 7 — 101 Wasser und 1-1,5 Nm³ Preßluft benötigt, und zwar, wenn alle vier Düsen 52, deren Düsenaustritt 84 035 mm Durchmesser aufweist, zur Bildung eines die Schneidstelle 54 umgebenden Nebelmantels in Aktion sind.

Die Vemebelung des Wassers, d. h. dessen Zerstäubung in feinste Tröpfchen, die auf den Betrachter wie Nebel wirken, liegt auch darin begründet daß jeder Düse 52 unmittelbar ein Ventil 48 zugeordnet ist. Dadurch ist gewährleistet, daß das vom Ventil freigegebene Wasser unmittelbar und auf kürzestem Weg in die zugehörige Düse gelangt. Die Ursache hierfür liegt vorwiegend in den Druck-, Mengen- und Strömungsverhältnissen im Preßluftkanal 68. In diesem Kanal herrscht nur in unmittelbarer Nähe zur Düse 52 eine nennenswerte Strömung in Richtung Düsenaustritt 84 sowie ein Druckabfall. Dadurch wird das vom Ventil 48 freigegebene und aus dem mittleren Bohrungsteil 72 ausströmende Wasser in Richtung Düse 52 geführt. Um dies zu erreichen, ist es gemäß der Erfindung notwendig, daß die Querschnittsfläche Fk des Preßluftkanals 68 etwa das etwa acht- bis zwölffache, vorzugsweise das zehnfache, derjenigen Querschnittsfläche Fzd beträgt, welches sich aus der Summe der Querschnittsflächen aller Düsen 52 in deren Austrittsbereich 84 ergibt. Durch das im Preßluftkanal 68 somit vorhandene Volumen ergibt sich eine laminare Strömung, wobei die Strömungsrichtung des Wassers aus dem mittleren Bohrungsteil 72 in Richtung Düse 52 praktisch nicht gestört wird. Bedingt durch die Druckunterschiede der beiden Medien (Wasser: 4 bar; Preßluft: 2 bar), wird in vorteilhafter Weise verhindert, daß die Preßluft aus ihrem Kanal 68 über den mittleren Bohrungsteil 72 in den Ringkanal 70 zurücktreten kann.

Das vernebelte Wasser tritt kegelförmig aus den Düsen 52 aus (vgl. hierzu F i g. 4). Je nach Abstand des Gehäuses 28 vom Werkstück 40 dringen die einzelnen Kegel des vernebelten Wassers mehr oder weniger weit gegenseitig ineinander ein, wie dies beispielsweise aus F i g. 5 zu entnehmen ist. Auf diese Weise wird ein im wesentlichen ringförmig geschlossenes Nebelgebilde erzeugt (Nebelmantel), welches sich um die Schneiddüse 22 und dadurch um die Schneidstelle 54 herum ausbildet. Durch diesen Nebelmantel 84 werden in optimaler Weise, wie dies bereits zuvor erwähnt wurde, die beim Brennschneiden entstehenden Rauchgase sowie der sich dabei bildende Staub gebunden, und es wird dadurch eine gesundheitsschädigende Verschmutzung der umgebenden Atmosphäre verhindert.

Durch die äußerst feinfühlige Dosierung der den Düsen 52 zugeführten Wassermenge mittels des jeweils zugehörigen Ventils 48 ist es in vorteilhafter Weise möglich, in ihren Abmessungen extrem kleine Wassertröpfchen zu erzielen, welche einen guten Wirkungsgrad erzielen, d. h. eine optimale Bindung des Staubes gewährleisten.

Um zu verhindern, daß während der Vemebelung der Schneidstelle 54 sich ein Teil des vernebelten Wassers am Brennerschaft 26 niederschlägt sind die Düsen 52 ir vorteilhafter Weise nach außen geneigt, wie dies durch den Winkel α, der von den Achsen 56 und 58 gebildet ist ergibt Durch diese nach außen gerichtete Neigung dei Düsen 52 (vgl. auch hierzu die F i g. 2 und 4) ist somit ir vorteilhafter Weise sichergestellt, daß nur der Bereich des Werkstückes um die Schneidstelle 54 vorr vernebelten Wasser beaufschlagt wird und nicht dei Schneidbrenner.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abschirmeinrichtung für einen Schneidbrenner zum Durchtrennen von Werkstücken, welche im Bereich der Schneiddüse am Brennerschaft angeordnet ist und aus der ein Wasser-Preßluft-Gemisch in Form eines die Schneidstelle ummantelnden Schirmes ausströmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschirmeinrichtung (24) separate Zuführleitungen (42, 44) für Wasser bzw. Preßluft zugeordnet sind und daß diese Leitungen (42,44) mit jeweils einem Ringkanal (70 bzw. 68) im Innern der Einrichtung (24) verbunden sind sowie daß an deren Unterseite (50) Düsen (52) vorgesehen sind, welche über eine Durchgangsbohrung (62) sowohl mit dem Preßluft- (68) als auch dem Wasserkanal (70) verbunden sind.

2. Abschirmeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsbohrung (62) mehrteilig ausgebildet ist, wobei der untere Teil (66) die Düse (52) mit dem Preßluftkanal (68). der mittlere Teil (72) die Preßluft (68) mit dem Wasserkanal (70) verbindet, und daß der obere mit dem Wasserkanal (70) verbundene Teil (74) der Bohrung (62) zur Aufnahme eines Ventils (48) vorgesehen ist.

3. Abschirmeinrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der obere (74) und mittlere Teil (72) der Bohrung (62) eine gemeinsame Achse (58) aufweisen.

4. Abschirmeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (56) des unteren Bohrungsteiles (66) gegenüber der ersten Achse (58) geneigt ist (Winkel <x).

5. Abschirmeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das im oberen Bohrungsteil (74) angeordnete Ventil als ein Nadelventil (48) ausgebildet ist, dessen kegelförmige Nadel (76) in den mittleren Bohrungsteil (72) eingreift.

6. Abschirmeinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Düse (52) ein Ventil (48) zugeordnet ist.

7. Abschirmeinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite (50) der Einrichtung (24) im Bereich der Düsen (52) abgeschrägt ist.

8. Abschirmeinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anordnung der Düsen (52) derart, daß durch den austretenden Wassernebel (86) ein die Schneidstelle (54) umschließender Mantel gebildet ist.

9. Abschirmeinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Düsen (52) zum Werkstück (44) einstellbar ist.

10. Abschirmeinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenaustritt (84} einen Durchmesser von 0,2 — 0,6 mm, vorzugsweise 0,4 mm, aufweist.

11. Abschirmeinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das Verhältnis der Querschnittsfläche des Preßluftkanals (68) und der der Düsenaustritte (84) gemäß nachstehender Gleichung

Fk : F2D=(8-12): !,vorzugsweise 10:1
worin bedeuten:

F_K = Querschnittsfläche des Preßluftkanals (68)
Fzd = Summe der Querschnittsflächen aller Düsen

(52) in deren Austrittsbereich (84).

12. Abschirmeinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Wasserkanal (70) größer ist als der im Preßluftkanal (68).