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3eschreibung
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Brenner zum thermochemischen Trennen von Werkstücken Die Erfindung
betrifft einen Brenner zum thermochemischen Trennen von erkstücken mit mindestens
einem Kanal für die Bildung des Schneidstrahles.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Energieverbrauch zu senken und/oder
die Schneidgeschwindigkeit zu erhöhen unter Beibehaltung einer optimalen Schnittflächenqualität
in Bezug auf Schnittriefennachlauf, Schnittriefentiefe, Ebenheit der Schnittfläche,
Schnittkanten und geringe Schlackenhaftung an der Schnittflochenunterkante.
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Die bekannten Brenner für thermische Trennverfahren wie das autogene
Brennschneiden, die verschiedenen Varianten des Plasmaschneidens, oder Laserschneiden,
sind überwiegend mit einem oder mehreren Kanälen mit runden Querschnitt für die
Bildung des Schneidstrahles versehen.
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Für besondere Formgebung der Schnittflächen, wie 3-Form oder zum Flämmen
oder Hobeln, sind auch Kanäle mit rechteckicjen oder ovalen Querschnitt bekannt.
Cie Kanäle sind oft auf der Medieneintrittsseite und Medienaustrittsseite erweitert.
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Durch den erfindungsgemäßen Brenner ist es möglich, unabhängig von
der Art der Vorheizung, wie Heizflamme, Lichtbogen oder Lichtstrahl, die Oxydationszone
es Schneidstrahles in Schneidrichtung zu vergrößern unter Beibehaltung oder Verkleinerung
der mit bekannten Brennern gegebenen Schnittfugenbreiten.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß
der Kanal fur die Bildung des Schneidstrahles an seiner Wandung 3 bis 36, vorzugsweise
12 Längsnuten hat.
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Wird bei thermischen Trennverfahren, wie dem autogenen Brennschneiden,
Sauerstoff mit einer Reinheit von mindestens 99.5 "/0 verwendet, ist die maximale
Schneidgeschwindigkeit in erster Linie von der Werkstückdicke abhängig.
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Beispielsweise bei der Werkstückdicke 2000 mm V = 15 mm/min, bei tNerkstüciedicl<e
300 mm V = 150 mm/min und bei Werkstückdicke 2 mm V = 100 mm/min. Die maximale Schneidgeschwindigkeit
wird außerdem von der Werkstoffqualität, Werkstückoberfläche und der Art des Brenngases
gering beeinflusst.
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Stark beeinflusst wird die maximale Schneidgeschwindigkeit von der
erstüctemperatur.
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Die Temperaturdifferenz des Werkstückes im kalten Zustand bis zur
Zündfähigkeit beträgt ca. 11000 Cel. Warme ls.erkstücke ermöglichen bedeutend höhere
Schneidgeschwindigkeiten, weil die Temperaturdifferenz geringer ist. Es ist bekannt,
daß bei zusätzlicher Wärmeeinbringung durch Vorwärmbrenner, welche dem eigentlichen
schneidbrenner in Schneidrichtung voriaufen, die maximale Schneidgeschwindigkeit
erhöht wird.
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Der für die uxydation benötigte Sauerstoffanteil des Schneidstrahles
fur eine bestimmte Werkstoffmenge, ist immer gleich groß. Die bei der Oxydation
entstehende Wärme wird überwiegend in der Oxydationszone des Schneidstrahles in
das Werkstück übertragen und erwärmt bei gleichmäßiger Vorschubgeschwindigkeit kontinuierlich
den Werkstoff auf Zündtemperatur. Wird, in Vorschubrichtung betrachtet vor dem Schneidstrahl,
mehr Wärme dem Werkstück zugeführt, erhöht sich die maximale Schneidgeschwindigkeit.
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Wissenschaftlich begründet, kann die theoretische Schnittgeschwindigkeit
bis 40UO mm/min betragen. (BAM- Dr.Teske).
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Der exotherme Verbrennungsvoryang wird unter anderen dadurch begrenzt,
daß bei bekannten 3rennern in Schneidrichtung betrachtet, die Oxydationszone nur
eine Größe von Schnittfugenbreite zur ----------------- . Werl<stuckdicke 2 aufweist.
Wird die Cxydationszone dadurch vergrößert, daß durch Erweiterung des t<anales
für die Bildung des Schneidstrahles oder Erhöhung des Schneidsauerstoffdruckes eine
breitere Schnittfuge entsteht, erhöht sich die maximale Schneidgeschwindigkeit.
Die Schnittqualität wird durch diese Maßnahme ungunstig beeinflusst. Angeschmolzene
Schnittflächenoberkanten und Schlackenhaftung an der Schnittflächenunterl<ante
sind die Folge. Weitere Nachteile sind der hohe Sauerstoffverbrauch und Werkstoffverlust.
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Fig. 1 ist eine chematische Darstellung der Oxydationszone eines bekannten
Brenners. Im Werkstück 1 hat Schneidstrahl 2 in Pfeilrichtung die Schnittfuge 3
erzeugt. Durch die Aufteilung der Oxydationszone in Bereiche 4, 5 und 6, wird die
ungünstige Wärmeverteilung deutlich. Im Bereich 4 ist die gleiche Werkstoffmenge
wie in den Bereichen 5 und 6 zusammen zu verbrennen, die Oxydationszone nur halb
so groß.
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Der erfindungsgemäße Brenner erzeugt einen Schneidstrahl mit einer
Oxydationszone welche quer zur Achse des Schneidstrahles, in allen Bewegungsrichtungen
vor dem Schneidstrahl, die Oxydation verstärkt. Es kann bei höherer Schneidgeschwindigkeit
mehr Werkstoff verbrannt werden ohne die Schnittfuge zu verbreitern.
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Im Vergleich zur Oxydationszone 4 eines bekannten Brenners Fig. 1,
ist die Oxydationszone 7 des erfindungsgemäßen Brenners Fig 2, 37 % größer,, die
Oxydationszonen 8 und 9 zusammen 50 % kleiner.
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In diesem Beispiel ist die Querschnitt fläche des Kanales für die
Bildung des Schneidstrahles, bei dem erfindungsgemäßen Brenner Fig. 2, 25 % geringer
als die Ouerschnittfläche des bekannten 3renners Fig. 1. Bei gleichen Mediendruck
tird der Verbrauch um 25 , verringert.
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Zur weiteren Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit wird vorgeschlagen,
die Querschnittflache des Kanales für die Bildung des Schneidstrahles zu vergrößern,
somit eine größere Oxydationszone zu bilden.
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in den beschriebenen Oeispiel ist der Kanal für die Bildung des Schneidetrahles
mit 12 Langsnuten in Keilform versehen. Erfindungsgemäß können die Nuten ganz oder
teilweise auch rechteck, halbrund oder oval sein.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, den Kanal für die
Bildung des Schneidstrahles an der Medieneintrittsseite und Austrittsseite konisch
zu erweitern.
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Bei erfindungsgemaßen Brennern, welche ausschlieslich für Geraaschnitte
vorgesehen sind, oder für Formschnitte tangential gedreht werden, sind Längsnuten
in einer radialen Hälfte ausreichend.
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Mit dem erfindungsyemaßen 3Brenner sind größere Schnittgeschwindigkeiten
erreichbar bei gleichbleibender Schnit tflächenqualität und gleichzeitiger Verringerung
aes waseverbrauchs. Hieroei ist besonders vorteiihatt, daß die trrindung bei dem
autogenen Brennschneiden, einigen Varianten des Plasmaschnidens und Laserschneiaens,
ohne ,nderung der verschiedenen Vorwärmsysteme verwirklicht werden kann.
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