DE3337288A1

DE3337288A1 - Elektrode fuer unterwasserschneidarbeiten

Info

Publication number: DE3337288A1
Application number: DE19833337288
Authority: DE
Inventors: Jerome S. Pomona Calif. Brower
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-03-28
Filing date: 1983-10-13
Publication date: 1984-10-04
Also published as: US4416444A; GB2137916B; DE3337288C2; MX153917A; GB8322778D0; AU558028B2; AU1808183A; FR2543465A1; SE457152B; ZA836669B; NZ205394A; KR840007842A; JPS59179290A; GB2137916A; NO832939L; KR910003528B1; SE8305164L; FR2543465B1; IL70265A; SE8305164D0

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode zur Verwendung . in Schneidbrennern, insbesondere UnterwasserSchneidbrennern. Insbesondere ist diese gerichtet auf eine Verbesserung des Gegenstandes der· US-PS 4 182 947 des Erfinders und Anmelders der gegenständlichen Anmeldung- In der genannten Patentschrift ist ein Sauerstoff/Elektro-Schneidbrennersystem für Unterwasserarbeiten beschrieben. Die Schneidelektroden weisen ein Metallrohr, mehrere im Rohr angeordnete Stäbe und' eine Schicht eines isolierenden Materials auf, das im wesentlichen die Außenfläche des Rohres bedeckt. Die bekannte Anordnung bedingt eine Stromquelle zum Starten des Brennvorganges der Elektrode. Sofern gewünscht liegt die elektrische Spannung während des Schneidvorganges weiterhin an, selbst wenn die Elektrode brennt. Die bisher benutzte Einrichtung zum Erzeugen des elektrischen Stromes weist vergleichsweise große Abmessungen auf und ist teuer in der Anschaffung. Bedingt ist dies durch die erforderliche elektrische Leistung. '

Die Aufgäbe der Erfindung besteht grundsätzlich darin, eine Elektrode für Schneidbrenner mit verringertem Bedarf an elektrischer Leistung zu schaffen.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung gelöst durch ein Metallrohr, das auf seiner Innenseite sowie seiner Außenseite mit einer Schicht leitfähigen Materials versehen ist, sowie durch eine Anzahl von in dem Rohr angeordneten Stäben, wobei diese Stäbe aus der aus Stahl, Aluminium, Magnesium, Titan, Wolfram, Molybdän oder Legierungen hiervon bestehenden Gruppe ausgewählt sind.

Die erfindungsgemäße Elektrode weist erheblich gesteigerte Leitfähigkeit gegenüber den bekannten gattungsmäßigen Elektroden auf mit der Folge, daß weniger Strom beim Inbetriebsetzen und während des Betriebes der erfindungsgemäßen Elektrode

gegenüber herkömmlichen Elektroden erforderlich ist. Auf diese Weise kann, wie angestrebt, der Generator zur Erzeugung der elektrischen Leistung erheblich kleiner' und entsprechend preiswerter hergestellt werden. Da mit der erfindungsgemäßen Elektrode, wie erwähnt, weniger Strom als bisher notwendig ist, trägt dies auch zur Sicherheit des Bedienungspersonals bei.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, mehrerer Ausführungsbeispiele, den Patentansprüchen, sowie anhand der schematischen Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen vergrößerten Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Elektrode und

Fig. 2 eine eben solche Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels.

Gemäß Fig. 1 bildet ein vergleichsweise dünnwandiges Stahlrohr 10 das Gehäuse eines Schneid- oder Brennstabes oder Elektrode. Aufgrund der dünnwandigen Ausführung des Rohres 10 weist es ebenso relativ geringes Gewicht auf. Das Stahlrohr 10 ist sowohl an seiner Inneren als auch an seiner äußeren Oberfläche mit einer dünnen Beschichtung aus Kupfer 12, 14 versehen. Im inneren des Rohres 10 sind mehrere Metallstäbe 16 vorgesehen. Die können alle aus Eisenmetall, wie Stahl, bestehen. Auch kann eine Kombination aus Stahlstäben und Stäben aus einem anderen Metall vorgesehen sein, wie aus einem Metall der Gruppe aus Aluminium, Magnesium, Titan. Wolfram, Molybdän oder Legierungen derselben. Der Schneidstab arbeitet befriedigend in einem Verhältnisbereich von etwa 3 : 1 Stahl zu, beispielsweise, Aluminium und etwa 10 : 1 Stahl zu Aluminium. Ein Verhältnis von 7 : 1 wird beispielsweise bevorzugt. Der Schneidstab kann in der gezeigten Form am Boden und geerdet zum Einsatz gelangen. Bei Verwendung

unter Wasser ist das Rohr 10 hingegen mit einer äußeren Schicht oder Beschichtung 18 aus elektrisch nicht leitendem Material versehen. Vorzugsweise kommt hier zu Kunststoff der Anwendung, beispielsweise auf Epoxy-, Vinyl-, Acryl- oder Urethanbasis in Frage. Diese Materialien wirken als isolierende und schützende Schicht des Rohres 10. Die einen Isolator bildende Schicht 18 verhindert unbeabsichtigtes Zünden seitlich am Stab dann, wenn dieser zufällig mit einem elektrisch leitenden oder geerdeten Teil in Berührung kommt. Auf diese Weise werden die bekannten Probleme, wie seitliches Ankleben und seitliches Zünden sowie Ausblasen des Stabes, verhindert.

In Fig. 2 ist, wie erwähnt, ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Hierbei weist das Stahlrohr 20 eine Innenseite auf, die mit einer Kupferschxcht 22 und d^^n Außenseite ebenfalls mit einer Kupferschicht 24 versehen ist. Hergestellt ist es durch Rollen eines mit Kupfer beschichteten Stahlbleches, wobei mehrere Wicklungen aufeinander aufgewickelt werden, was zu dem in Fig. 2 gezeigten Rohr 20 führt. Stäbe 26 sind, wie beschrieben, innerhalb des Rohres 20 angeordnet. Die Stäbe 26 des vorliegenden Beispiels sind in etwas unterschiedlicher Konfiguration mit einem mittigen Stab 28 angeordnet. Die jeweilige Konfiguration ist der Bedienungsperson vorbehalten. Es muß jedoch ein Durchlaß für den Sauerstoff vorgesehen sein, so daß dieser längs der Rohrmitte zwischen den Stäben strömen kann. Zum Einsatz bei Unterwasserarbeiten ist wie in Fig. 1 eine Schutzschicht 30 vorgesehen. Der Schneidstab nach Fig. 2 wird durch Rollen oder Walzen eines beispielsweise durch galvanisieren dünn mit Kupfer beschichteten Stahlbleches über einen Dorn und anschließendem hartlöten unter Wasserstoff hergestellt, um die Schichten miteinander zu verbinden und um die Rohrform beizubehalten. Das Blech wird entweder durch Elektroplattieren oder durch Heißtauchen beider Oberflächen mit einem ausgezeichneten elektrischen Leiter, wie zum Beispiel Kupfer, Zinn oder einem anderen leitfähigen

Metall hergestellt. Mit diesem Verfahren erhält man ein Rohr, bei dem das leitfähige Metall sandwichartig zwischen den fortlaufenden Stahlwicklungen vorgesehen ist. Das Kupfer oder ein anderes metallisches Laminat dient sowohl als Kleber als auch als leitfähiges Medium für den elektrischen Strom, der zur Zündung des Stabes notwendig ist. Das Hartlöten schmilzt das Kupfer zwischen den Stahlschichten und veranlaßt das Rohr, die zylindrische Form des Dorns anzunehmen. Der Zweck des Kupfers oder des anderen Sandwichmetalls zwischen den Stahlwicklungen des Wickelrohres besteht darin, den elektrischen Widerstand des Rohres zu verringern und seine Leitfähigkeit erheblich zu verbessern. Die Kupferflächen oder Kupferschichten bilden den elektrischen Pfad des zusammengestellten Stabes. Die erhöhte Leitfähigkeit des Stabes ermöglicht dessen Funktion bei extrem niedrigen Ampe'rewerten, weit unterhalb der Werte, die bei anderen Schneidstäben erforderlich sind. Es kann eine herkömmliche Automobiloder Motorradbatterie benutzt werden, um den Brennvorgang des Schneidstabes unter Wasser zu starten. Hierdurch kann man auf große, sperrige und kostspielige Stromerzeuger, wie große Schweißmaschinen hoher Amperezahlen verzichten, die bei herkömmlichen Schneidstäben erforderlich sind.

Die Innenabmessungen des gerollten und laminierten Rohres sind so gehalten, daß mehrere Stäbe geringeren Durchmessers aufgenommen werden können. Sie sind aus der Gruppe bestehend aus Stahl alleine, Stahl und Aluminium, Stahl und Magnesium, Stahl und Titan oder Stahl und Wolfram oder Molybdän, ausgewählt. Die eingesetzten Stäbe sind entlang des Innendurchmessers des Rohres vorgesehen. Weiterhin ist ein Gaskanal vorgesehen, der senkrecht zum Durchmesser des Rohres verläuft. Er stellt einen ungestörten Durchgang für Sauerstoff zur Stabspitze dar, die die Kontaktstelle mit dem Werkstück ist.

Zwischen der Stabspitze und dem geerdeten Werkstück wird ein Funke gezündet. Wenn das exponierte Ende durch den

elektrischen Strom angeregt ist, startet die Einleitung des Sauerstoffs durch den Gaskanal die anfängliche chemische Reaktion (Oxidation/Reduktion). Es stellt sich eine kontinuierliche Thermitreaktion ein, die eine extrem starke Wärmequelle bildet. Sie ist in der Lage, jedes Element, jede Legierung, jedes Mineral oder jede Mischung aus Mineralien zu schmelzen, die mit der brennenden Spitze in Kontakt kommt, einschließlich des Materials,, das als Hitzeschild bei Space Shuttle eingesetzt wurde. Diese Reaktion findet H?uft auf der Erde, oder unter Wasser statt, ohne Beeinflussung durch die Art der Atmosphäre, in der der Brennvorgang stattfindet. Wenn der elektrische Strom abgeschaltet wird, brennt der Stab so lange weiter, bis die Sauerstoffzufuhr unterbrochen ist, beim Abschalten des elektrischen Stromes brennt der Stab so lange weiter, wie Sauerstoff in das System eingeführt wird.

Bei Einsatz des Brennstabes unter Wasser ist eine Außenisolierung erforderlich, um ein seitliches Zünden mit dem Werkstück zu unterbinden. Der Stab brennt in gleicher Weise wie eine Zigarette. Der Brennvorgang beginnt an einem Ende und setzt sich in Richtung zur Halterung fort, in der der Stab in der Hand der Bedienungsperson angeordnet ist. Der Abbrand wird unterbrochen, wenn die Bedienungsperson die Sauerstoffzufuhr unterbindet.

Wenn das· zu schneidende Material nicht leitend ist, wird eine leitfähige Start- oder Zündplatte verwendet, um den elektrischen Stromkreis zu vervollständigen. Der Stab zündet, wenn der Kontakt hergestellt wird. Das .Werkstück oder die Zündplatte ist ein integraler Teil des Stromkreises und vervollständigt die elektrische Schleife. Die Zündplatte .besteht aus einem kleinen Stück leitfähigen Materials, das an die Erdungsklemme angefügt ist. Der Generator oder die Schweißmaschine wird angeworfen und gleichermaßen kann eine Verbindung mit einer Batterie hergestellt werden. Gleichzeitig· wird die Stabspitze mit der Zündplatte in Berührung gebracht. Hierdurch wird ein Funke erzeugt, und

gleichzeitig wird Sauerstoff durch das System zur Stabspitze geleitet. Andere Arten von Unterwasser-Schneidstäben brennen beim Unterbrechen der Stromzufuhr nicht weiter, funktionieren nicht ohne Stromzufuhr und vermögen kein anderes Material als Stahl unter Wasser oder an der Erdoberfläche zu schneiden. Der rohrförmige Stab ist dann besonders wirkungsvoll, wenn er zum Abbrennen von Gußeisen, rostfreiem Stahl, Monel- oder Inconelmetall, Kupfer, Messing, Gummi, Beton, Holz od. dgl. zum Einsatz gelangt.

Metall oder Beton, die einem Schmelzen durch herkömmliche Schneidstäbe widerstehen, werden mit dem erfindungsgemäßen Brennstab zuverlässig geschnitten oder geschmolzen.

Zum Vergleich

der erfindungsgemäßen Stäbe mit handelsüblichen Stäben wurde ein Schneidtest durchgeführt. Die Versuche fanden in einem Trainingstank für Taucher von ca.. 65 m³ Inhalt und 3 m Tiefe statt.

Zwei Arten von Metall wurden geschnitten:

A. 13,1 cm (7/16¹) Spundbohle mit zwei Verriegelungen, 73,7 cm Breite

B. 0,79 cm (5/16") Schiffsblech mit zwei genieteten Flanschen, bedeckt mit leichtem Bewuchs (Algen, Rost und kleine Muscheln). Die Schiffsbleche waren zusammengenietet und bildeten am Werkstück eines jeden Tauchers zwei Verbindungen oder Verriegelungen. Die kontinuierlichen Schnitte erstrecken sich über eine Distanz von 61 cm.

Vorgehensweise: Die saubere Platte wurde in den Tank eingelassen und in einem an einem Sägebock vorgesehenen Schraubstock festgespannt. Vier Schnitte mit Einzelstäben gemäß der Erfindung durch'; sodann 4 weitere Einzelstabschnitte mit einem herkömmlichen Stab, wobei er versuchte, mit jedem Stab eine möglichst lange Strecke zu schneiden. Dann führte der Taucher einen

Schnitt über die Platte hinweg aus; erst verwendete er einen erfindungsgemäßen, sodann einen herkömmlichen Stab. Unmittelbar im Anschluß wurde die saubere Platte entnommen und die den Bewuchs aufweisende Platte eingeführt, worauf dann obiges Vorgehen wiederholt wurde.

Variationen in der Vorgehensweise:

Taucher Nr. 1 (unerfahren) und Taucher Nr. 2 (erfahren) führten Horizontalschnitte aus, wobei sie an der Überlappung .oder dem Flansch begannen. Hierbei trat ein erheblicher Nachteil des herkömmlichen Brennstabs hinsichtlich der erzielten Entfernung zutage, da bei verschiedenen Versuchen ein herkömmlicher, rohrförmiger Einzelstab nicht in der Lage war, den Flansch am Beginn zu durchschneiden. Das Verfahren wurde sodann dahingehend geändert, daß vertikale Schnitte ausgeführt wurden, wobei die Überlappungen oder Flansche nicht im Wege waren. In sämtlichen Fällen wurden jedoch die kontinuierlichen Schnitte über die Breite des Werkstücks einschließlich der beiden Verbindungen gemacht.

Taucher Nr. 3 und 4 drehten beide Stücke auf ihre Seiten, so daß mit beiden Stäben der Schnitt mit einzelnen Stäben horizontal erfolgte, der sich durch die Gesamtplatte Erstreckende vertikal.

Die Taucher Nr. 1 und Nr. 2 führten Schnitte mit den erfindungsgemäßen Stäben zuerst durch. Taucher Nr. 3 und 4 kehrten diese Reihenfolge um. Der erfindungsgemäße Brennstab schnitt fast dreimal so schnell wie der herkömmliche rohrförmige Stahl s tab.'

Bei den Versuchen betrug die durchschnittliche Schneidlänge aller Taucher mit einem Einzelstab gemäß der Erfindung bei bewachsenem Schiffsblech und sauberer Spundbohle 38 cm. Die durchschnittliche Schneidlänge mit dem herkömmlichen Stab betrug 13 cm.

Für eine vorgegebene Schnittlänge benötigten die erfindungsgemäßen Stäbe weniger als die Hälfte der Zeit und der Stablänge als herkömmliche, rohrförmige Stahlstäbe.

Die 4 Taucher benötigten im Durchschnitt 3,5 Stäbe und 3,5 Minuten um beide·Platten mit den erfindungsgemäßen Stäben zu durchtrennen. Mit herkömmlichen Stäben benötigten sie im Durchschnitt 7,5 Stäbe und 15,7 Minuten für die gleiche Arbeit.

in jedem Fall waren unerfahrene Taucher bei Verwendung der erfindungsgemäßen Stäbe erfahrenen Tauchern überlegen, die herkömmliche Stäbe einsetzten.

Die 2 unerfahrenen Taucher erzielten im Durchschnitt 31,8 cm pro Einzelstabschnitt über beide Platten mit erfindungsgemäßen Stäben. Ihre Instruktoren, die herkömmliche Stäbe verwendeten, erzielten 15,5 cm pro Einzelstabschnitt. Bei den kontinuierlichen Schnitten benötigten die unerfahrenen Taucher im Durchschnitt 3,4 Stäbe und 6,8 Minuten, um den durchschnittlichen Schnitt zu vervollständigen. Die erfahrenen Taucher waren in der Lage den gleichen Schnitt im Mittel . wären 17,8 Minuten unter Verbrauch von 8,1 Stäben durchzuführen. .

Claims

Patentansprüche

Elektrode zur Verwendung in einem Schneidbrenner, insbesondere einem Unterwasserschneidbrenner, gekennzeichnet durch ein Metallrohr (10, 20), das auf seiner Innenseite sowie seiner Außenseite mit einer Schicht leitfähigen Materials (12, 14, 22, 24) versehen ist sowie durch eine Anzahl von in dem Rohr (10, 20) angeordneten Stäben (16, 26, 28), wobei diese Stäbe (16, 26, 28) aus der aus Stahl, Aluminium, Magnesium, Titan, Wolfram, Molybdän oder Legierungen hiervon bestehenden Gruppe ausgewählt sind.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr. (10, 20) aus mehreren aufeinander gerollten Schichten von Stahlblech besteht, welches beidseitig mit leitfähigem Material (12, 14.. 22, 24) beschichtet ist.
3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Material■(12, 14, 22, 24) aus der aus Kupfer und Zinn bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
4. Elektrode nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Rohr (10, 20) außen auf der .Schicht aus leitfähigem Material (12, 14, 22, 24) mit. einer Schicht aus isolierendem Material (18, 30) versehen ist.
5. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Material (18, 30) Kunststoff ist.
6. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Stäbe (16, 26, 28) Stahl und ein weiteres Metall im Verhältnis 3 : 1 Stahl zu 10 : 1 Stahl zum weiteren Metall aufweisen.
7. Elektrode nach Anspruch 1,·dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (16, 26, 28) aus Stahl bestehen.