DE3325627A1 - Gasbrenner fuer drahtmetallspritzen - Google Patents

Description

Statni vyzkumny ustav ochrany materiälu G. V. Akimova

Prag, CSSR

Gasbrenner für Drahtmetallspritzen

Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner für Drahtmetallspritzen, d. h. Spritzen, in welchen Draht durch eine Gasflamme geschmolzen und zerstäubt wird.

Hauptbestandteile eines Gasbrenners von Drahtmetallspritzen sind eine Düse und ein Mundstück, wobei durch die Düse ein zu zerstäubender Draht axial gefördert wird. Um einen Verschleiß der Düse durch den laufenden Draht zu vermeiden, wird in diese eine Einlage aus gehärtetem Stahl eingeführt, durch welche der Draht hindurchgeht. Durch mehrere um den Draht herum symmetrisch vorgesehene Löcher wird ein Gemisch von Brenngasen wie Sauerstoff und Acetylen zugeführt. Das Mundstück umgibt die Düse, und seine Austrittsöffnung befindet sich - in Drahtlaufrichtung gesehen - immer vorne,d. h. vor der Stirn der Düse. Der Raum zwischen der Austrittsöffnung des Mundstücks und der Stirn der Düse bildet eine Verbrennungskammer, in der die zugeführten Brenngase verbrannt werden und den Draht erhitzen. Von der Wandung des Mundstücks wird die Flamme durch einen entlang dieser Wandung in dünner Schicht zur Mundstücksaustrittsöffnung fließenden Luftstrom abgetrennt. Durch die Mitte dieser Öffnung wird der erhitzte Draht hindurchgeführt, während Verbren-

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nungsprodukte am Draht vorbeiströmen, wobei Kühlluft am weitesten von dieser Mitte strömt. Die Austrittsöffnung des Mundstücks soll einen verhältnismäßig geringen Querschnitt aufweisen, um eine hohe Gasauslaßgeschwindigkeit erzielen zu können. Durch einen solchen raschen Gasstrom vor dem Mundstück wird der Draht an seiner Oberfläche geschmolzen und die Schmelze zerstäubt.

Um eine hohe Geschwindigkeit der aus der Austrittsöffnung des Mundstücks herausströmenden Gase zu erreichen, muß in der Verbrennungskammer ein ausreichender "Überdruck herrschen. Der durch die Düseneinlage zugeführte Draht muß durch diese mit einem gewissen Spiel hindurchgeführt werden. Unter diesen Umständen können die heißen Gase durch den Raum zwischen dem Draht und der Düseneinlage entlang des Drahts zurückkehren und die Düse überhitzen, was eine erhöhte Störanfälligkeit der Drahtmetallspritze (kurze Lebensdauer der Düse, Flammenrückschlag oder dergleichen) zur Folge hat. Deswegen wird der zur Drahtzufuhr dienenden Öffnung in der Düse Druckluft zugeführt, die um den Draht herum in Gegenrichtung seiner Bewegung abströmt und in der den Draht führenden Öffnung in der Düse einen Überdruck erzeugt, der den Überdruck in der Verbrennungskammer gleichzeitig so kompensiert, daß die Rückströmung der heißen Gase entlang des Drahts vermieden wird.

Die vorerwähnte Voraussetzung, daß der im Düsenhohlraum durch die Luft erzeugte Überdruck dem Druck in der Verbrennungskammer entspreche, ist lediglich von theoretischem Charakter, da in der Praxis die Druckwerte in der Verbrennungskammer sowie dem Hohlraum der Düse nach den Arbeitsbedingungen, vor allem nach den voreingestellten Drücken der Brenngase und der Luft, schwanken.

Ist der Druck im Düsenhohlraum höher als der Druck in der Verbrennungskammer, dann strömt Luft durch den Raum zwischen dem Draht und der Düseneinlage in die Verbrennungskammer. Der entlang des Drahts eindringende Luftstrom trennt diesen von der Flamme bis zu einem Bahnabschnitt ab, der zum Vermischen der Luft mit der Flamme notwendig ist, so daß die Spritze eine niedrige Leistung abgibt.

Wenn im Gegenteil der Luftdruck im Düsenhohlraum niedriger als der in der Verbrennungskammer herrschende Druck ist, dann strömen heiße Verbrennungsprodukte durch den Raum zwischen der Düseneinlage und dem Draht entlang des letztgenannten zurück. Diese Verbrennungsprodukte erhitzen einerseits den Draht, was die Spritzenleistung zwar steigert, aber erhitzen andererseits auch die Düse und verkürzen somit deren Lebensdauer. Bei intensiver Erhitzung der Düse kann ein Rückschlag der Flamme erfolgen. Dabei kann die Flamme von der Verbrennungskammer durch die Löcher in der Düse sogar bis zum Injektor zurückkommen. In diesem Fall muß der Brenner unmittelbar außer Betrieb gesetzt und gereinigt werden. Häufig kommt es jedoch zu einer schwereren Störung, nach welcher der Brenner bzw einige seiner Bestandteile ausgetauscht werden müssen.

Die vorliegende Erfindung soll die vorangehenden Nachteile des Standes der Technik ausschalten, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Gasbrenner für Drahtmetallspritzen zu schaffen.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein Gasbrenner für Drahtmetallspritzen, der eine Düse zum Zuführen von Brenngasen in eine Verbrennungskammer und eine in der Düse eingesetzte Einlage aus abriebbeständigem Material zum Zuführen des Drahts umfaßt, mit dem Kennzeichen, daß die Düseneinlage an ihrer überwiegenden

Oberfläche von der Düse bzw von anderen Teilen des Brenners durch einen Luftspalt abgetrennt ist.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gasbrenners für Drahtmetallspritzen wird anhand der Zeichnung näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1: eine Axialschnittansicht des Gasbrenners;

Fig. 2: eine Detailaxialschnittansicht, die die Düse und die ihr am nächsten liegenden Teile des Brenners veranschaulicht;

Fig. 3: eine Ansicht der Düse, in Pfeilrichtung JP in Fig. 2 gesehen; und

Fig. 4: eine Ansicht des Gasbrenners im Querschnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 1.

Wie der Zeichnung, insbesondere Fig. 1 zu entnehmen ist, besteht der erfindungsgemäße Gasbrenner aus einem Spritzenkörper 1, in dessen konisch geschliffenen Hohlraum ein Injektor 2 gelagert ist. An den Injektor 2 ist eine mit Hilfe eines Klemmringes 4 festgehaltene Düse 3 eng angesetzt. Am Klemmring 4 ist ein Mundstück 6 mittels einer Mutter 5 befestigt. Im Inneren der Düse 3 - und teilweise auch des Injektors 2 - befindet sich eine Düseneinlage 7. Ein zu zerstäubender Draht 8 geht durch die Achse des Brenners hindurch.

In dem Spritzenkörper 1 sind eine Druckluftzufuhr 30, eine Sauerstoffzufuhr 31 und eine Acetylenzufuhr 32 vorge-

sehen.

Aus dem Injektor 2 werden die Brenngase einer ringförmigen Einsenkung 9 in der Düse 3 zugeliefert, und von dieser aus strömen sie durch sechs Ausbohrungen 10 in eine Verbrennungskammer 11, wo sie verbrannt werden. Durch sechs Einschnitte in der Düse 3 wird Luft bis zu einem kreisringförmigen Spalt 13 geführt und durch diesen der Verbrennungskammer 11 zugeleitet. Die Verbrennungskammer 11 bildet Teil eines Hohlraums im Mundstück 6 und ist von einer Seite durch die Stirn 25 der Düse 3 und von der anderen Seite durch die Austrittsöffnung 14 des Mundstücks 6 abgegrenzt. Durch diese Austrittsöffnung 14 strömen Verbrennungsprodukte sowie Luft aus der Verbrennungskammer 11 heraus und schmelzen den zu zerstäubenden Draht 8.

Von den Einschnitten 12 an wird die zum Kühlen der Düseneinlage 7 bestimmte Luft durch Speiseöffnungen 15 zu einer Ringnut 16 geführt, und von dieser an wird sie in zwei Luftströme geteilt. Ein überwiegender Teil der Luft strömt rückwärts durch einen Luftspalt 17 und kühlt die Oberfläche der Düseneinlage 7. Die Kühlluft wird dann durch mehrere Austrittslöcher 18 in der Düseneinlage 7 und durch ihren Hohlraum 19 entlang des Drahts 8 in die Atmosphäre ausgelassen.

Ein Teil der durch die Speiseöffnungen 15 zugeführten Luft strömt von der Ringnut 16 aus durch mehrere Kanäle 20 in einem Bundring 21 und durch einen ringförmigen Spalt 22 in eine Vorkammer 23. Diese ist durch einen Teil des Hohlraumes in der Düse 3 gebildet und von der einen Seite durch die Stirn 28 der Düseneinlage 7 und von der anderen Seite durch ein Verbindungsloch 26 abgegrenzt. Durch das letztgenannte ist die Vorkammer 23 mit der Verbrennungskammer 11

verbunden. Da die Kanäle 20 schräg verlaufen, wird die hindurchströmende Luft in eine Drehbewegung versetzt und strömt entlang der Innenwandung 24 der Düse 3 bis zum Verbindungsloch 26, wo sie mit den Verbrennungsprodukten vermischt wird.

Infolge eines Überdrucks in der Verbrennungskammer 11 gegenüber dem atmosphärischen Druck werden die mit der der Vorkammer 23 zugeführten Luft vermischten Verbrennungsprodukte durch das Verbindungsloch 26 in Gegenrichtung des Drahtlaufs rückgeführt. Sie strömen entlang des Drahts 8 durch die Vorkammer 23 und weiterhin durch den Raum 27 zwischen dem Draht und der Düseneinlage 7. Dieser Raum 27 erweitert sich einigemale kegelförmig (zwei Erweiterungen sind dargestellt) so, daß der Konizitätswinkel immer größer als 24° ist. Eine solche Erweiterung ermöglicht es, den Strom von Verbrennungsprodukten von der Innenwandung der Düseneinlage 7 abzutrennen und ihn in Kontakt mit dem Draht 8 zu bringen. So wird der Draht 8 durch die Verbrennungsprodukte im wesentlichen intensiver als die Düseneinlage 7 erhitzt. Darüber hinaus wird die Luft der erweiterten Stelle durch ein tangential orientiertes Belüftungsloch 29 zugeliefert.

Auf diese Art und Weise geben die Verbrennungsprodukte die Wärme vor allem an den Draht 8 ab und erhitzen die Düseneinlage 7 nur geringfügig. Überdies wird diese an ihrer äußeren Oberfläche mittels der durch den Luftspalt 17 strömenden Luft intensiv gekühlt.

Zuletzt vermischen sich die infolge des Kontakts mit dem Draht 8 abgekühlten Verbrennungsprodukte mit der aus den Austrittslöchern 18 herausströmenden Luft, wodurch ihre Temperatur weiter abnimmt, so daß ihre Wärme den anderen Spritzenbestandteilen, mit welchen sie in Berührung

kommen, nicht mehr schaden kann.

Der Raum 27 erweitert sich in der Düseneinlage 7 konisch von der engsten Stelle auch nach vorne. Bei einer Störung der Drahtzufuhr wird das Vorderende des Drahts 8 in der Verbrennungskammer 11 bzw. auch in der Vorkammer 23 geschmolzen und bildet einen Tropfen, der erstarrt. Die kegelförmig erweiterte Mündung des Raums 27 in die Vorkammer 23 erleichtert das Ablösen dieses Tropfens.

Die vorbeschriebene Anordnung ermöglicht, eine größere Menge von heißen Gasen als bei herkömmlichen Brennern entlang des Drahts rückzuführen, wobei auch ihre Wärme in wesentlich höherem Maß an den zu zerstäubenden Draht als an die anderen Teile der Spritze abgegeben wird. Daraus ergibt sich eine höhere Ausnutzung der Wärme der Verbrennungsprodukte, steigt die Leistung der Metallspritze und nimmt der spezifische Gasverbrauch pro Kilogramm des zu zerstäubenden Metalls ab. Darüber hinaus werden die Düseneinlage 7 sowie die Düse 3 von der durchströmenden Luft intensiv gekühlt, so daß sich ihre Lebensdauer verlängert.

Der Hohlraum 19 in der Düseneinlage 7 kann erfindungsgemäß für einen gegebenen Drahtquerschnitt einen größeren Querschnitt aufweisen, als es bei konventionellen Metallspritzen üblich ist, weshalb auch der Raum 27 breiter als bei solchen Spritzentypen sein kann. Dies erleichtert die Passage des deformierten Drahts und erhöht die Zuverlässigkeit des Spritzenbetriebs.

Claims (7)

1. Ansprüche

   ( 1J Gasbrenner für Drahtmetallspritzen, der eine Düse zum Zuführen von Brenngasen in eine Verbrennungskammer und eine in der Düse eingesetzte Einlage aus ab'riebbeständigem Material zum Zuführen des Drahts umfaßt,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß die Düseneinlage'(7) an ihrer überwiegenden Oberfläche von der Düse (3) bzw von anderen Teilen des Brenners durch einen Luftspalt (17) abgetrennt ist.
2. 2. Gasbrenner nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß der Luftspalt (17) einerseits mit einer Druckluftzufuhr (30), andererseits mit einem Raum (27) zwischen der Düseneinlage (7) und dem Draht (8) in Verbindung steht.
3. 3. Gasbrenner nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Stirn (28) der Düseneinlage (7) gegenüber der Stirn (25) der Düse (3) rückverschoben ist, wodurch eine Vorkammer (23) gebildet ist, die durch Kanäle (20) mit der Druckluftzufuhr (30) verbunden ist.
4. 4. Gasbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

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   daß die Kanäle (20) schräg zur Achse des Brenners verlaufen.
5. 5. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

   daß der Raum (27) zwischen der Düseneinlage (7) und dem Draht (8) einigemal kegelförmig erweitert ist, wobei der Konizitätswinkel mehr als 24° beträgt.
6. 6. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

   daß in den erweiterten Teil des Raums (27) ein den Luftspalt (17) mit dem Raum (27) verbindendes Belüftungsloch (29) in der Düseneinlage (7) mündet.
7. 7. Gasbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

   daß das Belüftungsloch (29) tangential zum Raum (27) orientiert ist.