DE3527955A1 - Schneidbrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schneidbrenner mit einem Schneidsauerstoffkanal und Zuführungen für Brenngas und/oder Heizsauerstoff, die mit einer Brenngas- und Sauerstoffversorgungsquelle verbunden sind, sowie einer in den Schneidsauerstoffkanal mündenden Brenngas-Sauerstoff-Gemischzuführung, der eine elektrische Zündeinrichtung zugeordnet ist.

Solche Schneidbrenner werden vorzugsweise in NC- Brennschneidanlagen zum Ausschneiden einzelner Werkstücke aus großflächigen Platten eingesetzt, wobei der Schneidvorgang mit einer Brenngas- Heizsauerstoffflamme und Schneidsauerstoff ausgeführt wird. Die von der Heizflamme abgegebene und die bei der Verbrennung des Werkstoffs entstehende Wärme ermöglicht eine fortlaufende Verbrennung durch den Schneidsauerstoffstrahl. Dabei muß die Heizflamme vor dem Brennschnitt mit einer Zündeinrichtung gezündet werden.

Aus der DE-OS 23 04 215 ist es bekannt, einem Schneidbrenner einen Zündbrenner zuzuordnen, mit dem die Heizflamme des Schneidbrenners gezündet wird. Der Zündbrenner arbeitet dabei nach dem Prinzip eines Bunsenbrenners, wobei die Zündung des Heizgasluftgemisches mit einer Zündkerze erfolgt.

Der Nachteil eines außerhalb des Schneidbrenners angeordneten Zündbrenners besteht neben dem hohen Geräteaufwand in der erforderlichen Anordnung des Zündbrenners in Schneidbrennernähe. Hierdurch entsteht eine große Kollisionsgefahr zwischen dem Zündbrenner und den im Arbeitsraum des Schneidbrenners angeordneten Werkstücken bzw. Werkstückvorrichtungen. Außerdem sind derartige Außenzündeinrichtungen anfällig gegen Verschmutzungen, wie sie insbesondere beim Lochstechen entstehen.

Bei einem aus der US-PS 32 55 803 bekannten Schneidbrenner werden die o. g. Nachteile dadurch vermieden, daß im Inneren des Schneidsauerstoffkanals ein mit einem Zündtrafo verbundener elektrischer Leiter vorgesehen ist. Bei Betätigung des Zündtrafos entsteht ein Zündfunke zwischen dem nicht isolierten Leiterende und der Schneidsauerstoffkanalwand. Am austrittseitigen Ende dieses Schneidsauerstoffkanals ist eine Querbohrung angeordnet, welche mit dem Kanal der Düse für das Brenngas-Heizsauerstoffgemisch (Heizgas) in Verbindung steht. Über diese Querbohrung gelangt ein Teil des Gasgemisches in den Schneidsauerstoffkanal und wird dort durch den Zündfunken gezündet. Die dabei entstehende Zündflamme schlägt aus dem zentralen Schneidsauerstoffkanal der Düse hinaus und entzündet dabei das aus dem Gasgemischkanal ausströmende Heizgas, so daß auf diese Weise die Flamme gebildet wird.

Dabei ist es jedoch nötig, die Querbohrung in einer relativ großen Entfernung unterhalb der Zündeinrichtung vorzusehen, um einerseits einen Überschlag der Zündflamme in den Heizgaskanal zu behindern und andererseits bei einem Flammenüberschlag eine Fortpflanzung der Flamme im Heizgaskanal oder eine Explosion zu vermeiden. Dies führt zu einem erhöhten Gasverbrauch bei geringerer Zündsicherheit. Bei der Verwendung von Schlitzdüsen wird bei strömenden Schneidsauerstoff durch den Schneidkanal eine Teilmenge des Schneidsauerstoffs über die Querbohrung in den ihr zugeordneten Heizschlitz geleitet und dadurch das Gasmischungsverhältnis in diesem Heizschlitz erheblich verändert. Der Schneidsauerstoff tritt mit wesentlich höherem Druck in den Schneidkanal ein, als der im Heizschlitz herrschende Heizgasdruck. Die Veränderung des Gasmischungsverhältnisses bewirkt, daß dieses Gemisch zu mager wird. Die Heizleistung der diesem Heizschlitz zugeordneten Heizflamme sinkt. Zusätzlich wird die Strömungsgeschwindigkeit in diesem Heizschlitz so groß, daß die Flamme an der Stirnseite der Schlitzdüse abhebt und die unmittelbar benachbarten Heizflammen in ihrem Strömungsverhalten nachhaltig stört. Es entstehen Turbulenzen. Dadurch sinkt die spezifische Heizleistung pro Flächeneinheit in diesem gesamten Bereich, was zum Schnittabriß führt, wenn, was der Normalfall ist, dieser Bereich beim Brennschneiden vorlaufende Funktion annimmt und die vorgegebene Schnittgeschwindigkeit beibehalten wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Schneidbrenner gemäß des Oberbegriffs des Hauptanspruches eine Zündeinrichtung zu schaffen, bei der Flammenrückschläge in den Kanal für das Brenngas-Heizsauerstoffgemisch verhindert, sowie negative Beeinflussungen durch den Schneidsauerstoff vermieden werden und eine von der Einstellung der Heizgase des Schneidbrenners unabhängige und unbeeinflußbare Zündgasmenge der Zündstelle zugeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Brenngas-Sauerstoff-Gemischzuführung unter Zwischenschaltung einer Zündgasmengenregelvorrichtung an die Versorgungsquellen angeschlossen ist.

Um eine sichere Zündung mit kleinstmöglicher definierter Zündgasmenge im Schneidsauerstoffkanal zu erreichen, mündet die Brenngas-Sauerstoff- Gemischzuführung (Zündgasgemischzuführung) unter einem spitzen Winkel von vorzugsweise 15 bis 30° so in den Schneidsauerstoffkanal, daß das Zündgas in den Funkenbereich der vorzugsweise als Zünd-/ Glühkerze ausgebildeten elektrischen Zündeinrichtung gerichtet ist. Vorzugsweise ist die einschraubbare Mittelelektrode der Zünd-/Glühkerze ebenfalls unter einem spitzen Winkel zu dem Schneidsauerstoffkanal angeordnet und bildet vorzugsweise mit der Gemischzuführung einen Winkel von beispielsweise 30°. Durch die Anordnung der Gemischzuführung auf der einen Seite und die Anordnung der Zünd-/Glühkerze unterhalb der Gemischzuführung auf der anderen Seite des Schneidsauerstoffkanals wird vorteilhaft eine sichere Zündung des Zündgases innerhalb des Schneidsauerstoffkanals und somit ein schnelles Austreten der Zündflamme aus dem zentralen Schneidsauerstoffkanal erreicht.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die separate Brenngas-Sauerstoff-Gemischzuführung Flammrückschläge in den Heizgaskessel sicher verhindert werden und gleichzeitig eine Beeinflussung des austretenden Heizgases bei zugeschalteten Schneidsauerstoff sicher vermieden wird. Durch den direkten Anschluß der Gasgemischzuführung an die Versorgungsquellen und die Zwischenschaltung einer Zündgasmengenregelvorrichtung wird vorteilhaft eine von der Einstellung der Heizgase des Schneidbrenners unabhängig und unbeeinflußbar arbeitende elektrische Zündung der Hauptflamme erreicht. An der Zündgasmengenregelvorrichtung kann die definierte Zündgasmenge pro Zündung für alle Brenngase, wie Acetylen, Mischgase, Propan, Methan (Erdgas) unabhängig von der Bedienungsperson über die NC-Steuerung eingestellt werden. Durch eine vorteilhafte Injektorabstimmung und einem dem Injektor ausgangsseitig zugeordneten Zündgasverteiler wird es möglich, mehrere Brenner an lediglich eine Zündgasmengenregelvorrichtung anzuschließen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Teilschnittdarstellung eines Schneidbrenners mit Zündgasleitung und Innenzündeinrichtung.

Fig. 2 eine schematische Draufsicht des Schneidbrenners mit Anschluß an die Zündgasmengenregelvorrichtung und die Versorgungsquellen.

In der Zeichnung ist im Teilschnitt ein Schneidbrenner 10, (Fig. 1 und Fig. 2) vorzugsweise ein Dreischlauch-Maschinenschneidbrenner, dargestellt, der im wesentlichen aus einem Ventilkörper 11, einem Brennkopf 12 und einem den Brennerkopf 12 mit dem Ventilkörper 11 verbindenden Führungsrohr 13 besteht. An dem Brennerkopf 12 wird eine nicht dargestellte Düse befestigt. Die Düse ist vorzugsweise als zweiteilige Schlitzdüse ausgebildet. Die Heizdüse wird hierbei mittels einem an ihrem oberen Ende ausgebildeten Außengewinde in das Innengewinde 14 und die Schneiddüse in das Innengewinde 15 des Brennerkopfes 12 eingeschraubt.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die Heizdüse und die Schneiddüse einstückig auszubilden, oder mittels einer nicht näher dargestellten Druckschraube am Brennerkopf 12 zu befestigen.

Der in der Mitte der Schneiddüse angeordnete Schneidkanal steht mit dem Schneidsauerstoffkanal 16 des Brennerkopfes 12 in Verbindung. An den Schneidsauerstoffkanal 16 schließt sich das Schneidsauerstoffrohr 17 an, das in den Ventilkörper vorzugsweise eingeschraubt ist. Über eine in dem Ventilkörper 11 angeordnete Verbindungsbohrung ist die Schneiddüse mittels Gewindestutzen 18 und Schneidsauerstoffzuleitung 20 an die Schneidsauerstoffversorgungsquelle 19 angeschlossen. In der Schneidsauerstoffleitung 20 ist eine Regel- und/oder Steuereinrichtung 21 angeordnet, mit der die Schneidsauerstoffmenge regelbar und/oder steuerbar ist.

Der nicht näher dargestellte Schneidkanal der Schneiddüse, der Schneidsauerstoffkanal 16 und das Schneidsauerstoffrohr 17 sowie die nicht näher dargestellte Verbindungsbohrung zu dem Gewindestutzen 18 sind vorzugsweise innerhalb des Schneidbrenners 10 geradlinig ausgebildet und ermöglichen so vorteilhaft die Anordnung eines Sensors zur Flammenüberwachung im Schneidsauerstoffrohr/-kanal.

Die nicht dargestellte Heizdüse ist über Gewindestutzen 23 und Brenngasleitung 22 mit der Brenngasversorgungsquelle 24 und über Gewindestutzen 26 und Heizsauerstoffleitung 27 mit der Heizsauerstoffquelle 9 verbunden. Die innerhalb des Schneidbrenners 10 angeordneten und mit den Gewindestutzen 23, 26 verbundenen Brenngas- bzw. Heizsauerstofführungen sind aus Übersichtsgründen nicht dargestellt. In der Brenngasleitung 22 und der Heizsauerstoffleitung 27 sind Regel- und/oder Steuereinrichtungen 8, 25 zum Regeln und/oder Steuern des Brenngases und des Heizsauerstoffes angeordnet. Auf dem Gewindestutzen 23 ist vorzugsweise eine Rückströmsicherung mit Flammensperre und Gasrückströmventil angeordnet.

Die Heizdüse bzw. die Heizschlitze der nicht dargestellten Düse stehen über eine nicht näher dargestellte Brenngas-Heizsauerstoff-Gemischzuführung (Heizgas-Gemischzuführung) mit einem, vorzugsweise im Ventilkörper 11 angeordneten Injektion in Verbindung. Der Injektor ist über eine Brenngasführung und eine Heizsauerstofführung mit den Gewindestutzen 23, 26 verbunden.

Innerhalb des Schneidbrenners 10 ist eine elektrische Zündeinrichtung angeordnet, die in ihrer Gesamtheit mit 28 bezeichnet ist. Die elektrische Zündeinrichtung 28 besteht aus einer separaten Brenngas-Sauerstoff-Gemischzuführung 29 (Zündgasleitung) und einer als Zünd-/Glühkerze ausgebildeten Zündvorrichtung 30, die über ein Zündkabel 31 mit einem nicht näher dargestellten Zündtrafo verbunden ist. Die Zünd-/Glühkerze weist eine in den Brennerkopf 12 einschraubbare Mittelelektrode 32 auf, die unter einem spitzen Winkel 35 von vorzugsweise 9° gasdicht in dem Brennerkopf eingeschraubt ist.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausbildung wird die Mittelelektrode 32 mittels einer Stopfbuchse 33 und einer in den Brennerkopf 12 einschraubbaren Druckschraube 34 gasdicht befestigt.

Bei beiden Ausführungsbeispielen ist die Mittelelektrode in einer unter dem Winkel 35 zum geradlinigen Schneidsauerstoffkanal 16 angeordneten Bohrung 36 geführt. Die Bohrung 36 steht dabei mit dem Schneidsauerstoffkanal 16 in Verbindung und bildet an der Übergangsstelle einen Zündraum 37, in den eine stiftförmige Körperelektrode 38 ragt. Die Körperelektrode 38 weist einen Abstand von vorzugsweise 1,5 bis 2 mm zur Mittelelektrode 32 auf und ist vorzugsweise in dem Brennerkopf 12 befestigt.

Auf der gegenüberliegenden Seite des Schneidsauerstoffkanals 16 mündet die Zündgasleitung 29 einströmseitig vor dem Zündraum 37 unter einem spitzen Winkel 39 von vorzugsweise 21° in den Schneidsauerstoffkanal 16. Der Abstand zwischen Zündraum 37 und Zündgasleitung 29 ist so ausgelegt, daß das Brenngassauerstoffgemisch (Zündgemisch) direkt in den Funkenbereich zwischen Körperelektrode 38 und Mittelelektrode 32 gerichtet ist. Die Zündgasleitung 29 ist mit ihrem anderen Ende gasdicht mit dem Ventilkörper 11 verbunden. Über eine in dem Ventilkörper 11 angeordnete Verbindungsbohrung, den Gewindestutzen 40 und die Rückströmsicherung 41 mit Flammensperre und Gasrückströmventil sowie Leitung 42 ist die Zündgasleitung 29 mit der Zündgasmengenregelvorrichtung 45 verbunden.

Die Zündgasmengenregelvorrichtung besteht aus einer Mischstelle 46, vorzugsweise einem Injektor, der ausgangsseitig mit einem Zündgasverteilerrohr 43 verbunden ist an den mehrere Schneidbrenner 10 über Leitung 42 anschließbar sind. In der Leitung 42, vorzugsweise jedoch am Schneidbrenner 10, sind die Brennerabsperrventile 44 angeordnet. In der Zeichnung sind vier Anschlüsse 47, 48, 49, 50 für vier Schneidbrenner 10 dargestellt, wobei aus Übersichtsgründen nur ein Schneidbrenner 10 an das Zündgasverteilerrohr 43 angeschlossen ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, zwei, drei oder vier Brenner bzw. mehr als vier Brenner an das Zündgasverteilerrohr 43 anzuschließen. In dem Injektor 46 werden Brenngas und Sauerstoff außerhalb des Schneidbrenners 10 vorgemischt und in das Verteilerrohr 43 eingespeist. Der Injektor 46 ist für alle zum Brennschneiden verwendbaren Gase, wie Acetylen, Propan, Methan (Erdgas) im Gemisch mit Sauerstoff einsetzbar und ermöglicht eine ausreichende Bandbreite der Druck-Mengen- Einstellung. Eingangsseitig ist der Injektor 46 über Abzweigleitungen 51, 52 und in der Heizsauerstoffleitung 27 und der Brenngasleitung 22 angeordnete Anschluß-T-Stücke 53, 54 an die Heizsauerstoffversorgungsquelle 9 und die Brenngasversorgungsquelle 24 angeschlossen. In den Abzweigleitungen 51, 52 ist jeweils ein Druckregler 55, 56 angeordnet, an denen die Drücke für Zündsauerstoff und Zündbrenngas nach Betriebstabellen eingestellt werden. Sauerstoff und Brenngas strömen getrennt durch die nachfolgend angeordneten Rückströmsicherungen 57, 58 mit thermischer Nachströmsperre zu den Magnetventilen 59, 60 und von dort über die Leitungen 51, 52 zum Injektor. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Zündgasleitung 29 an separate Zündgasversorgungsquellen (Brenngas- und Sauerstoffversorgungsquelle) anzuschließen. Hierdurch ist es möglich, die Zündgasmengenregelvorrichtung 45 besonders einfach, z. B. als Bypass auszubilden.

Die anhand der Zeichnung vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Innenzündvorrichtung zum Zünden eines aus einer Düse eines Schneidbrenners 10 austretenden Brenngas-Heizsauerstoffgemisches arbeitet wie folgt:

Zunächst wird an dem Brenngasdruckregler 56 ein Brenngasdruck nach Betriebstabelle, beispielsweises 0,3 bar (bei der Verwendung von Acetylen als Brenngas) und am Sauerstoffdruckregler 55 ein dazu gehöriger Sauerstoffdruck von beispielsweise 1 bar bei strömender Gasmenge, d. h. bei eingeschalteten Magnetventilen 59, 60 sowie geöffneten Brennerabsperrventilen 44 eingestellt. Vorzugsweise erfolgt die Druckeinstellung mit nur einem Schneidbrenner 10 und eingeschraubter Düse der Größe 3 bis 10 mm oder größer. Nach der Druckeinstellung wird - bei manueller Bedienung - durch Betätigen eines Druckschalters der Zündvorgang eingeleitet. Im Zeitpunkt 0 wird ein erstes Zeitrelais eingeschaltet, das den Schneidsauerstoff verriegelt und den Zündsauerstoff über Magnetventil 59 freigibt. Ein zweites im Zeitpunkt 0 eingeschaltetes Zeitrelais verzögert die Brenngaszufuhr und Zündung beispielsweise um 2 Sekunden. Dabei erfolgt die Zuschaltung des Zündsauerstoffs über das erste Zeitrelais durch Ansteuerung des Magnetventils 59 und die Zuschaltung des Brenngases über das zweite Zeitrelais durch Ansteuerung des Magnetventils 60. Mit der Zuschaltung des Brenngases wird der Zündtrafo zugeschaltet, so daß Zündfunken zwischen der Mittelelektrode 32 und der Körperelektrode 38 entstehen. Das Brenngas-Sauerstoffgemisch strömt über Leitung 42, Rückströmsicherung 41, Gewindestutzen 40 und Zündgasleitung 29 direkt in den Zündbereich 30. Die Zündung erfolgt im Schneidsauerstoffkanal 16 des Brennerkopfes 12 kurz vor der Brennschneiddüse. Für einen Zündvorgang wird hierbei pro Schneidbrenner etwa 0,094 Liter Sauerstoff und 0,045 Liter Brenngas benötigt. Die bei dem Zündvorgang entstehende Zündflamme schlägt aus dem zentralen Schneidkanal der Düse hinaus und entzündet dabei das aus dem nicht dargestellten Heizgasgemischkanal ausströmende Heizgas, so daß auf diese Weise die Heizflamme gebildet wird.

Claims (7)

1. Schneidbrenner mit einem Schneidsauerstoffkanal und Zuführungen für Brenngas und/oder Heizsauerstoff, die mit einer Brenngas- und Sauerstoffversorgungsquelle verbunden sind sowie einer in den Schneidsauerstoffkanal mündenden Brenngas-Sauerstoff-Gemischzuführung, der eine elektrische Zündeinrichtung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenngas-Sauerstoff-Gemischzuführung (29) unter Zwischenschaltung einer Zündgasmengenregelvorrichtung (45) an die Versorgungsquellen (9, 24) angeschlossen ist.

2. Schneidbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gemischzuführung (29) unter einem spitzen Winkel (35) in den Schneidsauerstoffkanal (16) mündet.

3. Schneidbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Zündeinrichtung (30) als Zünd-/Glühkerze (32, 38) ausgebildet und die Gemischzuführung (29) in den Funkenbereich der Kerze gerichtet ist.

4. Schneidbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zünd-/Glühkerze eine einschraubbare Mittelelektrode (32) aufweist, die unter einem spitzen Winkel (39) zu dem Schneidsauerstoffkanal (16) angeordnet ist und in einen mit dem Schneidsauerstoffkanal (16) verbundenen Zündraum (37) ragt, in dem eine Körperelektrode (38) beanstandet zur Mittelelektrode (32) angeordnet ist.

5. Schneidbrenner nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Körperelektrode (38) in dem Brennerkopf (12) des Schneidbrenners (10) befestigt ist.

6. Schneidbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündgasmengenregelvorrichtung (45) eine Mischstelle (46) mit eingangsseitig zugeordneten Magnetventilen (59, 60), Rückstromsicherungen mit Flammensperre und Nachströmsperre (57, 58) und Druckreglern (55, 56) aufweist.

7. Schneidbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischstelle (46) ausgangsseitig mit einem Zündgasverteiler (43) verbunden ist, an den mehrere Brenner (10) anschließbar sind.