DE3434701A1

DE3434701A1 - Brenner, insbesondere lichtbogen- und/oder plasmabrenner zum schweissen und schneiden

Info

Publication number: DE3434701A1
Application number: DE19843434701
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr. 3004 Isernhagen Bach
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Bach Friedrich-Wilhelm Dr 3004 Isernhagen De
Priority date: 1984-09-21
Filing date: 1984-09-21
Publication date: 1986-06-05

Description

Kennwort: gekühltes Kühlmittel
Brenner, insbesondere Lichtbogen-und/oder Plasmabrenner zum Schweißen und Schneiden Die Erfindung betrifft einen Brenner, insbesondere Lichtbogen- und/oder Plasmabrenner zum Schweißen und Schneiden nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei den vorgegebenen Brennern, insbesondere bei den Plasmaschneidbrennern, entstehen Temperaturen bis zu 30 000° K, die eine Kühlung des Brenners bzw. der Brennerbauteile erfordern. Dabei soll einerseits die Handhabung und Funktionsweise des Brenners durch beispielsweise große Kühlmittelringleitungen nicht verschlechtert werden und andererseits soll die Standzeit des Brenners durch eine intensive Kühlung verlagert werden.
Aus der DE-PS 28 42 693 ist es bekannt, einen Plasmaschneidbrenner mittels Wasser zu kühlen. Dabei wird Wasser in einem Kühlkreislauf bis in die Nähe der Schneiddüse gefördert.
Hierbei entzieht das Wasser den Brennerbauteilen die Wärme.
Die intensive Kühlung des Brenners erfordert einen hohen Wasserdurchsatz bei bedingter Kühlleistung. Dies führt zu hohen Betriebskosten der Anlage bei ungenügender Wärmeabfuhr.
Ferner ist es aus der DE-OS 32 16 556 bekannt, die Kühlmittelkanäle spiralförmig zur Achse des Brenners anzuordnen, um die mit dem Kühlmittel in Kontakt zu bringenden Bauteiloberflächen zu vergrößern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Standzeit der Brenner, insbesondere der Brennerdüse, zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Brenner durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Um ein solches Brennerkühlmittel auf eine Kühltemperatur kleiner 0° C kühlen zu können, ohne daß das Brennerkühlmittel gefriert, ist das Brennerkühlmittel Wasser-Äthylenglykol. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Standzeit der Brennerdüse erhöht wird und die Betriebskosten der Schweiß- und/oder Schneidanlage verringert werden. Die an sich bekannten vorhandenen Brenner können weiterhin verwendet werden. Die dem Düsenwechsel vorausgehenden Verschleißerscheinungen, wie beispielsweise Vergrößerung und Abbrand der Düse und die hiermit verbundenen verminderten Schweißnähte bzw. Schnittflächen beim Schneiden, werden verringert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
In der Zeichnung ist ein Plasmabrenner 10 schematisch dargestellt, der im wesentlichen aus Plasmadüse 11, Schutzgasdüse 12, Elektrode 13 und einem Brennerkühlmittelkreislauf 14 besteht. Der Brennerkühlmittelkreislauf 14 besteht aus einer Kühlmittelzuleitung 15 und einer Kühlmittelrückleitung 16, über die das Kühlmittel 17, vorzugsweise Wasser-Athylenglykol, zu dem Kühlkanal 18 des Plasmabrenners 10 gefördert wird. Die Förderung des Kühlmittels erfolgt dabei über eine in der Kühlmittelzuleitung 15 angeordneten Pumpe 19. Vorteilhaft ist die Pumpe zur Isolierung mit Polyurethan-Schaum eingeschäumt. Um die bei einer Pumpe 19 im Umwälzbetrieb entstehenden Wärmeverluste zu vermeiden, kann vorteilhaft ein Rührer installiert werden.
Die Kühlmittelzuleitung 15 und Kühlmittelrückleitung 16 münden dabei in einen Kühlmittelbehälter 20. Der Kühlmittelbehälter 20 ist in eine größere 21 und eine kleinere Kammer 22 unterteilt. Zwischen der größeren und kleineren Kammer ist ein Verdampfer 23 angeordnet, der über eine Leitung 24 mit einem Kältekompressor 25 verbunden ist. An den Kältekompressor 25 ist über Leitung 26 ein Kondensator 27 angeschlossen, der über ein Regelventil 28, vorzugsweise ein Expansionsventil, mit dem Verdampfer verbunden ist.
Die Kälteanlage 29 arbeitet wie folgt: Nach dem Einschalten der Kälteanlage 29 wird ein Kältemittel, vorzugsweise eine Kältemischung deren Hauptbestandteil Frigen ist, vom Kältekompressor 25 angesaugt, verdichtet und in den Kondensator 27 gepumpt. Dort wird die entstandene Wärme mittels eines Gebläses 33 an die Umgebungsluft abgegeben. Über das temperaturgesteuerte Regelventil 28 ge- langt das Kältemittel dann in den Verdampfer 23, in dem es unter Wärmeaufnahme verdampft. Es wird darauf vom Kältekompressor 25 wieder angesaugt und der Kreislauf beginnt von neuem.
Die vom Kältemittel aufgenommene Wärme stammt aus der den Verdampfer umgebenen Brennerkühlflüssigkeit (Wasser-Äthylenglykol).
Da die Kälteleistung der Kälteanlage 29 mit sinkender Verdampfertemperatur stark abnimmt, ist es notwendig, die im Verdampfer 23 entstehende Kälte möglichst schnell und gleichmäßig im Kühlmittelbehälter 20 zu verteilen. Dies erfolgt vorteilhaft wie folgt: Die Kühlflüssigkeit 17 wird aus der größeren Kammer 21 des Kühlmittelbehälters 20 angesaugt und dann über einen Bypaß 30 der Kühlmittelzuleitung 15 in die kleinere Kammer 22 des Kühlmittelbehälters 20 zurückgepumpt. Durch einen Ausschnitt in der Trennwand zwischen beiden Kammern gelangt es danach wieder in die große Kammer 21. In dem mit nicht näher dargestellten Leitblechen versehenen Ausschnitt befindet sich der Verdampfer 23, der bedingt durch die Leitbleche auf seiner ganzen Fläche vom Kühlmittel 17 umströmt wird, was wiederum beste Ausnutzung der Kühlleistung bedeutet. Wenn die gewünschte Kühlflüssigkeitstemperatur von kleiner 0° Celsius, vorzugsweise kleiner -200 C erreicht ist, wird das in der Kühlmittelzuleitung 15 angeordnete Ventil 31 geöffnet und das Bypaßventil 32 ganz oder - wenn ein geringer Kühlmitteldruck gewünscht wird - nur teilweise geschlossen. Der Plasmabrenner 10 kann daraufhin in Betrieb genommen werden.
Versuch: In einem ST-Block 500 x 500 x 140 wurden zuerst 9 parallele Schnitte im Abstand von je 50 mm und einer Länge von je 400 mm ausgeführt. Darauf wurde der Block um 900 gedreht und weitere 8 Schnitte senkrecht zu den ersten 9 gemacht. Diese Schnitte stellen eine besonders große Belastung für die Plasmadüse 11 und den Plasmabrenner 10 dar, weil der Plasmastrahl beim Überfahren einer Schnittfuge seitlich abgelenkt wird. Das hat einen schrägen Abbrand der Plasmadüse 11 zur Folge. Die Schnittgualität wird verschlechtert.
Es bilden sich außerdem beim Überfahren der Schnittfugen Nebenlichtbögen von der Plasmadüse 11 zum Werkstück, die eine starke Erhitzung der Plasmadüse 11 bewirken.
Extreme Belastungen ergaben sich bei den letzten drei Schnitten. An den Enden der ersten 9 parallelen Schnittfugen wurde ein Teil des Plasmastrahles umgelenkt und direkt gegen den Brenner gerichtet. Dabei wurde auch flüssiger Stahl gegen den Brenner geschleudert, so daß Plasmadüse und Asbest-Schutzkappe nach dem letzten Schnitt mit einem Meißel getrennt werden mußten.
Bei den Schnitten mit der serienmäßigen Kühlung ergaben sich bis einschließlich dem letzten parallelen Schnitt keine Veränderungen an der Plasmadüse 11. Nach dem ersten "Querschnitt" zeigte sich dann eine starke ovale Aufweitung der Düse SQn~~ 4,5 auf 5,0 - 5,2. Wegen der stark verschlechterten Schnittgualität durch schrägen Abbrand mußte sie nach dem zweiten Querschnitt gewechselt werden.
Nach dem zweiten Querschnitt mußte weiterhin der Brennerkopf demontiert werden,da der Keramikisolator durch die hohen thermischen Belastungen gebrochen war und ein Zünden des Brenners verhinderte.
Nach zwei weiteren Querschnitten brannte die zweite Plasmadüse 11 ebenfalls wieder schräg und mußte gewechselt werden.
Nach dem letzten Schnitt zeigte die dritte Plasmadüse 11 ebenfalls starke Verschleißerscheinungen, die ein Auswechseln erforderlich gemacht hätten. Bei den Schnitten mit dem gekühlten Kühlmittel wurden alle Schnitte mit nur einer Plasmadüse 11 ausgeführt, die nach Beendigung der Schnitte noch den ursprünglichen Durchmesser von 4,5 mm besaß und weiterverwendet werden kann.
Die thermischen Belastungen bei der Versuchsreihe mit dem gekühlten Kühlmittel waren erheblich höher, da die Schnitte in weit kürzeren Abständen ausgeführt wurden als bei der ersten Versuchsreihe.
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Claims

Ansprüche 1. Brenner, insbesondere Lichtbogen- und/oder Plasmabrenner zum Schweißen und Schneiden, der mit einem Kühlmittel gekühlt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennerkühlmittel (17) eine Kühltemperatur kleiner Ob C aufweist.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühltemperatur kleiner 200 C ist.
3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennerkühlmittel (17) Wasser-Äthylenglykol ist.
4. Vorrichtung zur Erzeugung eines Kühlmittels zur Kühlung eines Brenners, vorzugsweise der Brennerdüse, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kältekreislauf (14) ein Kompressor (25)angeordnet ist, mit dem ein Kältemittel angesaugt, verdichtet und zu einem Kondensator (27) förderbar ist, an den ein Gebläse (33) angeschlossen ist, mit dem die entstandene Wärme an die Umgebungsluft abgegeben wird und daß ferner an den Kompressor (25) ein Verdampfer (23) angeschlossen ist, in dem das Kältemittel unter Wärmeaufnahme von dem Brennerkühlmittel (17) verdampft.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelbehälter (19) eine größere und eine kleinere Kammer (22) aufweist, zwischen denen der Verdampfer (23) befestigt ist.