DE3321697C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Schneidbrenner zum Betrieb mit
Sauerstoff und Brenngas nach dem Oberbegriff des Anspruches
1.
Ein derartiger Schneidbrenner ist aus der DE-OS 14 29 136
bekannt. Er ist zum Betrieb mit Sauerstoff und Acetylen
vorgesehen und besteht aus einem Brennerkörper und einem an
dessen stromabwärtigem Ende angeordneten Düsenkopf mit
Heizdüsen und einer Schneiddüse. Die Schneiddüse liegt
zentral im Düsenkopf; um sie herum sind die Heizdüsen
angeordnet.
Bei dem bekannten Schneidbrenner werden Sauerstoff zum
Schneiden, Sauerstoff zum Heizen und das Brenngas dem
Brennerkörper zugeführt, wobei der Sauerstoff zum Heizen
innerhalb des Brennerkörpers mit dem Brenngas vermischt
wird und durch entsprechende Kanäle im Brennerkörper bis
zum Düsenkopf geführt ist, wo das Gasgemisch durch die
Heizdüsen austritt. Der zum Schneiden vorgesehene Sauer
stoff wird durch einen zentralen Kanal im Brennerkörper
geleitet und tritt durch die Schneiddüse aus. Das aus den
Heizdüsen austretende Gasgemisch wird verbrannt und erhitzt
das zu schneidende Metall bis zur Schmelze, wobei die
Schmelze durch den Schneidsauerstoff oxidiert und aus der
Schnittstelle ausgeblasen wird.
Nachteilig bei bekannten Schneidbrennern dieser Art ist,
daß sowohl der Sauerstoff zum Schneiden als auch das Gas
gemisch zum Heizen verwirbelt aus dem Düsenkopf austreten.
Um den verwirbelt austretenden Gasen eine gewisse
Richtungsstabilität zu geben, sind im Düsenkopf langge
streckte Kanäle vorgesehen, durch die die Gase mit relativ
hohem Betriebsdruck geführt sind. Dies hat zur Folge, daß
erheblich mehr Sauerstoff und Brenngas verbraucht wird, als
zum eigentlichen Schneidvorgang erforderlich wäre. Dies
wiederum bedingt eine rauhe Schnittfläche und deren Ver
sprödung im Randbereich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungs
gemäßen Schneidbrenner derart weiterzubilden, daß die damit
erzielte Schnittgüte verbessert wird, insbesondere die
Schnittflächenrauhigkeit und die Randversprödung vermindert
werden, wobei zugleich der Sauerstoff- und Brenngasver
brauch minimiert werden soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.
Durch die Anordnung der langgestreckten Beruhigungskanäle
im Brennerkörper und im Düsenkopf wird erreicht, daß der
Sauerstoff zum Schneiden und auch das Gasgemisch im
wesentlichen laminar aus dem Düsenkopf austreten, wodurch
eine gezielte Wärmeeinbringung in die Schnittfläche und
eine gezielte Oxidation der Schmelze möglich ist. Kon
zentriert auf einen äußerst kleinen Flammenbereich ist so
eine sehr hohe Temperatur erzielbar. Die Schnittge
schwindigkeit ist durch diese gezielte Wärmeeinbringung
erhöht, wobei die Schnittfläche aufgrund des laminar
austretenden Schneidsauerstoffes äußerst glatt und die
Versprödung des Randbereichs der Schnittfläche gering ist.
Dadurch, daß die den Schneidbrenner durchströmenden Gase
laminar geführt werden und im wesentlichen laminar aus dem
Düsenkopf austreten, kann und muß im Vergleich zu bekannten
Schneidbrennern mit erheblich reduziertem Gasdruck gear
beitet werden, was den Verbrauch an Sauerstoff und Brenngas
deutlich reduziert.
In der Praxis hat sich gezeigt, daß mit dem erfindungs
gemäßen Schneidbrenner z. B. ein niedrig gekohlter Stahl
bzw. Weichstahl von 500 mm Länge und einer Stärke von 12 mm
innerhalb einer Minute durchgeschnitten werden kann. Hier
bei erzielt man eine sehr saubere Schnittfläche und scharfe
Kanten sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite
der Platte. Das Brennen war so geringfügig, daß man die
Schlacke leicht von Hand entfernen konnte. Die auf die
Platte einwirkende Wärme war wesentlich geringer als bei
bisher bekannten Brennern.
Bei dem genannten Beispiel erfolgte der Schnitt mit 0,05 m3
Acetylengas bei 14 kPa im Vergleich
zu dem Gasverbrauch eines bekannten Schneidbrenners von
0,28 m3 bei 105 kPa. Der Sauer
stoffverbrauch lag bei 0,50 m3 mit 140 kPa
im Vergleich zu 2,26 m3 Gas bei
280 kPa. Trotz einer hohen Schneidgeschwindigkeit
ist der Gasverbrauch weniger als ein Viertel des Verbrauchs
eines bekannten Sauerstoff-Schneidbrenners mit turbulenter
Flamme.
Ferner ist vorteilhaft, daß nach der einmaligen Einstellung
einer neutralen Flamme die Zugabe von zu Schneidzwecken
dienendem Sauerstoff nur minimal ist. Das Metall wird so
gleichförmig erwärmt, ohne daß übergroße Mengen an Sauer
stoff auf die Oberfläche einwirken. Das Kohlendioxid und
der Wasserdampf, die bei der Verbrennung freigesetzt
werden, bilden eine einhüllende Gaswand, die vermutlich
dafür verantwortlich ist, daß abgesehen von der Schnitt
stelle selbst eine übermäßige Oxidation verhindert ist.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren
Ansprüchen angegeben.
Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel ist in der
Zeichnung dargestellt und nachstehend näher erläutert. Es
zeigt
Fig. 1 einen Längsmittelschnitt durch einen erfin
dungsgemäßen Schneidbrenner,
Fig. 2 in vergrößerter Darstellung einen Teilbereich des
Längsmittelschnittes nach Fig. 1.
Der Sauerstoff-Schneidbrenner 10 hat einen äußeren Brenner
körper 11, auf dessen stromabwärtigem Ende mittels einer
aufgeschraubten Überwurfmutter 12 ein Düsenkopf 13 festge
klemmt ist. Die Stirnfläche des stromabwärtigen Endes des
Brennerkörpers 11 ist mit zwei Ringrippen 16 und 17 verse
hen, die mit Abstand voneinander liegen und eine Ringnut 18
begrenzen. In die Ringnut 18 mündet eine Anzahl von im
Düsenkopf 13 angeordneten Vorkanälen 19, die durch im
Druchmesser relativ große Bohrungen gebildet sind, die in
Beruhigungskanäle 20 mit relativ kleinem Durchmesser über
gehen, aus denen die brennbaren Gasgemische am Düsenkopf 13
austreten.
Der Brennerkörper 11 hat einen zentralen, durchgehenden
Beruhigungskanal 22, der durch ein parallelwandiges Rohr
gebildet ist. Das Rohr erstreckt sich bis in den Mittel
teil des Düsenkopfes 13 und ist im Bereich der Stirnwand
des Brennerkörpers 11 durch einen O-Ring 21 abgedichtet,
der in einer inneren Ringnut in der Stirnwand des Brenner
körpers liegt.
Der Brennerkörper 11 hat an seinem vom Düsenkopf abge
wandten Ende ein Innengewinde, in das ein Endstück 24 des
Rohres zu dessen Lagesicherung eingeschraubt ist. Das
Endstück 24 liegt an einem Distanzstück 25 an, das mit
einem in Strömungsrichtung vorne liegenden Vorsprung 26
passend in eine komplementäre Ausnehmung des Brennerkörpers
11 eingreift und am Brennerkörper anliegt, um ein Rück
strömen des Gases zu verhindern. Es kann zweckmäßig sein,
das Distanzstück 25 in den Brennerkörper 11 einzuschrauben.
Das Distanzstück 25 hat einen zentralen, durchgehenden
Mittelkanal (Beruhigungskanal 27), der einen größeren Durchmesser als das
zentrale Rohr (Beruhigungskanal 22) hat und mit diesem einen Ringraum be
grenzt, der einen als Beruhigungskanal vorgesehenen
Strömungsdurchgang für die brennbaren Gase bildet. Im dem
Endstück 24 zugewandten Ende des Distanzstückes 25 ist
ausgehend vom zentralen Mittelkanal (Beruhigungskanal 27) ein erweitertes
Sackloch 28 eingearbeitet, in den ein Zentrieransatz 29 des
Endstückes 24 ragt. Der Zentrieransatz 29 verjüngt sich
in Strömungsrichtung nach vorne konisch und
begrenzt mit den Wandungen des Sacklochs 28 einen mittleren
Ringraum 30, dessen Querschnittsfläche in Strömungsrichtung
zunimmt.
Das Distanzstück 25 hat einen dem Endstück 24 zugewandten,
im Durchmesser reduzierten Endabschnitt 36, der den
Zentrieransatz 29 umgibt und einen äußeren konzentrischen
Ringraum 37 bildet, der über einen Anschluß 33 mit Acetylen
beschickt wird. Über eine Vielzahl kleiner, radialer Öff
nungen 32 strömt Acetylen aus dem äußeren Ringraum 37 in
den mittleren Ringraum 30.
Der Zentrieransatz 29 weist ferner einen Mittelkanal auf,
dessen Durchmesser größer als der des Beruhigungskanales 22 ist, so daß
ein innerer, zum Sackloch 28 offener Ringraum 35 gebildet
ist, der über einen Anschluß 40 mit Sauerstoff beschickt
wird. Der Anschluß 40 ist außen am Brennerkörper 11 ange
ordnet und zum Anschluß für einen Sauerstoffschlauch vorge
sehen. Der Anschluß 40 liegt im Bereich des Gewindeab
schnitts 42, der in Eingriff mit dem Innengewinde des
Brennerkörpers 11 ist. Der Gewindeabschnitt 42 ist in
seiner Längserstreckung durch eine Ringnut 43 unterbrochen,
die radial nach innen zum inneren Ringraum 35 verlaufende
Öffnungen 44 aufweist und über den Anschluß 40 mit Sauer
stoff beschickt wird.
Das Endstück 24 weist ferner in Verlängerung des Ringraums
35 einen weiteren Sauerstoffanschluß 46 auf. Das eine Ende
des Beruhigungskanals 22 ist in diesen Anschluß 46 dicht eingesetzt
und wird über den Anschluß 46 mit Sauerstoff gespeist.
Zwischen dem Anschluß 46 und dem Anschluß 40 ist ein
hexagonaler Abschnitt 41 vorgesehen, an den ein Maul
schlüssel angesetzt werden kann.
Über den Anschluß 40 und die radialen Öffnungen 44 in den
inneren Ringraum 35 eingeleiteter Sauerstoff strömt im
allgemeinen in nicht turbulenter Weise durch den inneren
Ringraum 35 in Richtung zum Düsenkopf 13. Vom Anschluß 33
strömt über den äußeren Ringraum 37, die Öffnungen 32 und
den mittleren Ringraum 30 an dem Ende des Zentrieransatzes
29 vorbei Acetylen in den von der Ansenkung im Sackloch 28
gebildeten Ringraum und wird vom Sauerstoffstrom in den
Beruhigungskanal 27 mitgenommen. An der Stirnseite des
Brennerkörpers ist der Beruhigungskanal 27 durch den O-Ring
21 abgedichtet. Der Gasstrom setzt sich daher in Einzel
kanälen 48 fort, die sowohl in Längsrichtung als auch in
radialer Richtung nach außen verlaufen und in der äußeren
Ringnut 18 in der Stirnseite des Brennerkörpers 11 enden.
Die Ringnut ist in Gasströmungsverbindung mit den koaxialen
Kanälen 19 und 20, die die zentrale Sauerstoff-Schneiddüse
im Düsenkopf 13 umgeben. Die Kanäle verlaufen schräg im
Düsenkopf 13 und sind derart ausgerichtet, daß ihre
Mittelachsen die Mittelachse der zentralen Schneiddüse in
einem einzigen Konvergenzpunkt C außerhalb der Düse schnei
den (Fig. 1). Da die Vorkanäle 19 am stromaufwärtigen Ende
des Düsenkopfes mit einem relativ großen Durchmesser und
die anschließenden Beruhigungskanäle des Düsenkopfes 13 mit
einem relativ kleinen Durchmesser ausgebildet sind, wird
ein weitgehend laminarer Gasstrom aus dem Düsenkopf 13 aus
treten. Der mittig liegende Sauerstoffkanal (Beruhigungskanal 50) zur Schneid
düse ist koaxial zu der Mittelachse des Rohres (Beruhigungskanals) 22 ange
ordnet und erstreckt sich von einer konischen endseitigen
Wandung 51 im Düsenkopf 13 zu dessen vorderem Ende. Der
Konuswinkel der Wandung 51 liegt zwischen 150° und 170°.
Dieser Konuswinkel hat nur sehr geringen Einfluß auf die im
allgemeinen laminare Strömung des Sauerstoffs durch das
zentrale Rohr (Beruhigungskanal 22).
Das zentrale Rohr (Beruhigungskanal 22) und der als Ringraum zwischen dem Rohr
und dem Mittelkanal ausgebildete Beruhigungskanal 27 sind
im Vergleich zu ihrer Querschnittsfläche derart lang be
messen, daß der Gasstrom darin im wesentlichen laminar ist.
Die Beruhigungskanäle 22 und der Sauerstoffkanal 50, der
ebenfalls einen Beruhigungskanal 50 bildet, sind aus demselben
Grund ebenfalls langgestreckt ausgebildet, wobei in jedem
Fall die Länge größer als das 300fache des Durchmessers
ist. Durch diese Auslegung ist bei niedrigem Druck gewähr
leistet, daß die Gase nicht turbulent strömen.
Der Flammensauerstoff, der Schneidsauerstoff und das
Acetylen werden dem Sauerstoff-Schneidbrenner 10 über Ventile (nicht
gezeigt) zugeführt. Die Ventile werden so betätigt, daß
zunächst eine neutrale Flamme durch entsprechende Ab
stimmung des Flammensauerstoffs und des Acetylens ein
gestellt ist und Sauerstoff mit nur sehr geringer Beein
flussung des Flammenstrahlengemisches eingeleitet werden
kann. Hierdurch ist das die heißere Zone umgebende Gas ganz
neutral, so daß die Oberfläche des zu schneidenden Metalls
nicht übermäßig oxidiert wird.
Aufgrund der ausgezeichneten Verbrennungsbedingungen bei
dem erfindungsgemäßen Schneidbrenner und der weitgehend
laminaren Strömung sowohl der Flammengase als auch des
Schneidsauerstoffs ist es möglich, daß die Schneidsauer
stoff-Auslaßöffnung im Durchmesser sehr klein bemessen ist
(im dargestellten Ausführungsbeispiel beläuft sich der
Durchmesser auf etwa 1,1 mm). Hierdurch erhält
man auf einen kleinen Durchmesserbereich konzentriert sehr
hohe Temperaturen für die Durchführung des Schneidvorgangs.
Claims (5)
1. Schneidbrenner zum Betrieb mit Sauerstoff und Brenngas,
wie Acetylen od. dgl., bestehend aus einem Brenner
körper (11) mit Anschlüssen (46, 33) für Sauerstoff und
Brenngas und einem am stromabwärtigen Ende des Brenner
körper (11) angeordneten Düsenkopf (13) mit zentraler
Schneiddüse und sie ringförmig umgebenden Heizdüsen, die
in stromabwärtiger Richtung derart konvergierend ver
laufen, daß ihre Mittelachsen die Mittelachse der
zentralen Schneiddüse in einem einzigen Konvergenzpunkt
(C) schneiden, mit einer innerhalb des Brennerkörpers
(11) angeordneten Mischeinrichtung zur Vermischung des
den Heizdüsen zugeführten Brenngas-Sauerstoff-Gemisches,
und mit Verbindungskanälen zum Düsenkopf für den Sauer
stoff und das Brenngas-Sauerstoff-Gemisch,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungskanäle als
langgestreckte Beruhigungskanäle (22, 27, 20, 50) aus
gebildet sind, und daß die im Düsenkopf (13) angeord
neten Beruhigungskanäle (20, 50) eine Länge aufweisen,
die mindestens das 300fache ihres Duchmessers beträgt.
2. Schneidbrenner nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Beruhigungskanäle (22,
27) innerhalb des Brennerkörpers (11) koaxial zueinander
angeordnet sind.
3. Schneidbrenner nach Anspruch 1 oder 2, mit abnehmbarem
Düsenkopf,
dadurch gekennzeichnet, daß der brennerkörperseitige
Beruhigungskanal (27) für das Gasgemisch zu seinem
düsenkopfseitigen Ende in ringförmig dazu angeordneten
Einzelkanälen (48) mündet, die an entsprechende Vor
kanäle (19) im Düsenkopf (13) anschließen, die wiederum
in Beruhigungskanäle (20) des Düsenkopfes (13) münden.
4. Schneidbrenner nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkanäle (19) einen
größeren Durchmesser als die Beruhigungskanäle (20) des
Düsenkopfes (13) für das Gasgemisch aufweisen.
5. Schneidbrenner nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkanäle (19) einen
größeren Durchmesser als die Einzelkanäle (48) des
Brennerkörpers (10) aufweisen.
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