DE3620377A1 - Verfahren zum verbesserten trennen von werkstuecken und vorrichtung zu seiner durchfuehrung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum verbesser­ ten, insbesondere schnelleren Trennen von Werkstücken mittels eines durch eine Düse austretenden gasförmigen oder flüssigen Schneidstrahl.

Beim Zerteilen von Stranggußwerkstücken ist man ständig bestrebt die Schneidgeschwindigkeiten zu erhöhen. Dadurch werden beispielsweise Arbeitszeit und Betriebsmittel eingespart und, ganz allgemein gesprochen, die Produktion erhöht.

Es ist bekannt, daß der Schneidstrahl durch die Umgebungsluft und den Brennschneidvorgang im oberen Werk­ stückbereich verzögert und verschmutzt wird, so daß zumindest im unteren Bereich des Werkstücks eine optimale Wirkung nicht mehr gegeben ist. Durch die Verschmutzung mit anderen Gasen, wie Luft und Verbrennungsgasen wird die chemische Reaktionsfähigkeit gemindert, wenngleich der Sauerstoff im Strahlinneren in reiner und reaktions­ fähiger Form vorhanden ist, dort aber weitgehend ungenutzt bleibt. Auch ist die Strömungsgeschwindigkeit und entsprechend die kinetische Energie im Strahlinneren höher und könnte die anfallende Schlacke besser und schneller abblasen, um das ursprüngliche Material zu weiteren Reaktionsvorgängen freizulegen.

Es ist bekannt, diesen Effekt zu verbessern, indem der Schneidstrahl in zwei aufeinanderfolgende aufgelöst wird, wobei der zweite Strahl durch Expansion oder durch konvergierende Richtung im Werkstück auf den zweiten Strahl trifft und diesen verwirbelnd unterstützt. Es wurde behauptet, daß auf diese Weise beim Brennschneiden dünnerer Werkstücke aus Stahl, d. h. unter 50 mm, vorteilhafte Ergebnisse aufgetreten seien, jedoch bei dickeren Werkstücken derartige Vorteile nicht zu reproduzieren, und vielmehr wurden die Schnittfugen und Schnittflächen dadurch zu breit ausgebildet.

Weiter ist es bekannt, die Schneidgeschwindigkeit durch den gleichzeitigen Einsatz verschiedener Brenner unter verschiedenen Winkeln zu verbessern. Diese Ergebnisse sind jedoch als nicht zufriedenstellend zu bezeichnen. Es ist ein verhältnismäßig großer apparativer Aufwand erforderlich, und ein erhöhter Betriebsmittel­ verbrauch und Materialverlust lassen sich nicht vermeiden.

Schließlich ist in neuester Zeit eine Idee bekannt geworden, mehrere Schneidbrenner hintereinander auf ein umlaufendes Rad zu setzen, so daß jeder Brenner wie der Schneidzahn einer Säge nach dem anderen in die Schneidfuge mit seinem Schneidstrahl eingreift. Hiermit konnten jedoch ebenfalls noch keine zufriedenstellenden Ergebnisse erzielt werden. Insbesondere sind die technischen Schwierigkeiten, die erhöhten Betriebsmittel und Materialverluste sowie die dadurch erhöhten Kosten offensichtlich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum verbesserten Trennen von Werkstücken verfügbar zu machen, bei dem der Schneidstrahl in einer optimalen Weise zur Wirkung gebracht wird, wobei der apparative Aufwand möglichst gering gehalten wird und erhöhte Betriebsmittel- und Materialverluste vermieden werden.

Die Erfindung besteht darin, daß die Düse während des Schneidvorgangs in eine schnelle, begrenzte Bewegung ständig oder intermittierend versetzt wird, um andere energiereichere oder chemisch aggressivere oder mechanisch stärker abschleifende Bereiche des Strahles, bezogen auf seinen Querschnitt, mit der über die Werkstückdicke reichenden Angriffsfläche des zu trennenden Materials in Berührung zu bringen, ohne daß im wesentlichen der Strahl die Schneidfuge verläßt.

Auf diese Weise wird vermieden, daß nur der vordere Halbzylinder des Schneidstrahles die Reaktionsfläche des Werkstücks berührt und im oberen Teil des Werkstücks durch das Brennschneiden sich ausbildende Eisenoxid­ schlacken und Verbrennungsgase die Wirkung des Brennstrahls in den weiteren Werkstückbereichen vermindern. Es wird vielmehr der Schneidsauerstoff im Brennstrahlinneren in seinem reinen und reaktionsfähigen Zustand sowie die kinetische Energie im Strahlinneren voll ausgenutzt. Dadurch wird einerseits die Reaktionsfähigkeit erhöht und die anfallende Schlacke besser und schneller beseitigt, so daß das ursprüngliche Werkstückmaterial in verbesserter Weise reagieren kann.

Im einzelnen wird die Wirkung nach dem erfindungs­ gemäßen Verfahren dadurch erreicht daß die Düse hin­ und herschwingend bewegt wird, der Düse eine oszillierende Bewegung erteilt wird oder die Düse in eine Drehbewegung gesetzt wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß ein während des Schneidvor­ gangs zugegebenes Hilfsmittel mit wärme-, energie-, reaktions- oder abriebserhöhenden Eigenschaften vorzugs­ weise schwingend bewegt wird.

Dabei kann zweckmäßig das Betriebsmittel in den Schneidstrahl eingeblasen, vor diesen oder um diesen herum zugegeben werden.

Das Hilfsmittel kann pulver- oder kornförmig ausge­ staltet sein, und gemäß einer vorteilhaften Ausbildung besteht das Hilfsmittel aus einem mit dem Schneidsauer­ stoffstrahl zugegebenen Eisenpulverzusatz oder ähnlichem, der mit einer der Sauerstoffbrenndüse beigeordneten oder in sie integrierten Eisenpulverdüse schwingend bewegt wird.

Die Erfindung macht gleichermaßen auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens verfügbar. Diese Vorrichtung besteht darin, daß der die Düse tragende Düsenhalter mit einer Einrichtung versehen ist, die ihm während des Schneidvorgangs eine begrenzte schnelle Bewegung erteilt.

Eine abgewandelte Ausführungsform besteht darin, daß der Brenner bzw. der Düsenhalter eine Einrichtung trägt, die der Düse während des Schneidvorgangs eine schnell begrenzte Bewegung erteilt.

Eine weitere Fortbildung der Erfindung besteht darin, daß eine Eisenpulverdüse der Brennschneiddüse beigeordnet oder in diese integriert ist.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert werden.

In den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht längs der Schneidfuge eines Werkstückes mit Schneidstrahl;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Figur nach Fig. 1; Fig. 3 eine Draufsicht nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 4 einen Schneidbrenner mit Einrichtung zur Bewegungserteilung, in schematischer Darstellung; und

Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform einer Vorrichtung nach Fig. 4.

In Fig. 1 ist ein Werkstück 1 dargestellt, das mit Hilfe eines Brennstrahles 2 zum Teil geschnitten ist.

Wie insbesondere aus Fig. 2 zu entnehmen ist, trifft der Schneidstrahl 2 mit seinem vorderen Halbkreiszylinder 3 auf das Material des Werkstücks 1 auf. Im unteren Bereich wird der Schneidsauerstoffstrahl 2 zunehmend mit Verbrennungsgasen und beim Brennschneiden entstehender Schlacke vermischt, was bei 4 dargestellt ist. Bei der so entstehenden Trennfuge 5 wird der reine Sauerstoff im Schneidstrahl 2 nur im oberen Bereich 6 des Schneidstrahls 2 voll genutzt, während im unteren Bereich 7 des Schneidsauerstoffstrahls nur eine ungenü­ gende Ausnutzung des reinen Sauerstoffs des Schneidstrahls 2 in der Strahlmitte 8 stattfindet. Ebenso wird auch die kinetische Energie in der Mitte 8 des Schneidstrahls 2 zum Wegblasen von Schlacke zumindest im unteren Bereich 7 nur ungenügend ausgenutzt.

Wie im einzelnen aus Fig. 3 näher zu entnehmen ist, wird der Schneidstrahl 2 , der mit seinem vorderen Halbkreiszylinder 3 mit dem Material des Werkstücks 1 in Reaktion kommt, um eine Strecke "a" nach beiden Richtungen seitlich über die Trennfuge 5, hin- und herschwingend, hinausbewegt. Diese quer zur Schneidrich­ tung stattfindende Bewegung beträgt nur wenige Millimeter oder Bruchteile davon und findet während des Schneidvorgangs statt. Diese seitliche Schwingbewegung wird begrenzt in Abhängigkeit vom Durchmesser des Schneidstrahles 2 bzw. von der Breite der Schnittfuge 5, so daß nicht zu viel des Schneidstrahles 2 auf die Oberfläche des Werkstücks 1 auftrifft und zum Zerplatzen bzw. zur Unterbrechung des Schneidprozesses führt. Es ist vielmehr Ziel der erfindungsgemäßen Bewegung des Schneidstrahles 2, einen Ansaugeffekt auszunutzen, indem der in der Schnittfuge abfließende Sauerstoffstrahl den kurzzeitig nicht genau über derselben stehende Strahlteil hineinzieht. Es hat sich gezeigt, daß ein nur in Schneidrichtung hin- und herschwingender Schneidstrahl nicht die erwünschte Wirkung aufweist, weil die Rückseite des Strahles unverändert frei durchfließen kann, wogegen beim Nach-vorn-Schwingen die Vorderseite des Schneidstrahls die Schneidgeschwindigkeit kurzzeitig über das maximale Maß hinaus erhöht, wodurch die chemische Reaktion zwischen dem Schneidsauerstoff und dem Werkzeugmaterial sowie das Abblasen der Eisenoxidschlacke durch die erhöhte Geschwindigkeit überfordert und damit der ordnungsgemäße Verfahrensablauf nachteilig beeinträchtigt werden kann, indem ein Schnittabbruch stattfindet.

Die seitliche Schwingbewegung des in die Schneidfuge hineingezogenen Schneidstrahles 2 bewirkt jedoch eine Verstärkung der inneren Turbulenz und damit eine bessere Durchmischung des Strahles, so daß der reine Schneidsauer­ stoff besser nach außen gelangen kann. Weiterhin können schnellere und damit energiereichere Strahlteile vor allem in den seitlichen Bereichen des Berührungszylinders 3 in Berührung mit dem Werkstück 1 kommen und für einen schnelleren Abfluß des Oxidschlackenüberzuges sorgen. Die zeitweise Einschnürung des Schneidsauerstoffstrahls 2 an der Kante 9 der Schneidfuge 5 beim Auslenken des Schneidstrahles 2 um den Betrag "a" hat neben der ver­ wirbelnden Wirkung auch noch eine Beschleunigung auf der Außenseite des Strahles 2 zur Folge, was zu einem schnelleren Schlackenabbau beiträgt. Versuche haben ergeben, daß in Einzelfällen Geschwindigkeitserhöhungen gegenüber dem Normalbetrieb bis zu 20% erzielt werden konnten. Diese Art von einem schwingenden Brennschneiden war in einer wellenartigen Erscheinung an der Schnittflächenoberkante, nämlich an dem Einschnürbereich des ausgelenkten Schneidstrahles 2, erkennbar.

In ihrer weiteren Ausbildung schlägt die Erfindung vor, daß ein während des Schneidvorgangs zugegebenes Hilfsmittel ebenfalls schwingend bewegt wird. Das Hilfsmittel kann in den Schneidstrahl eingeblasen, vor diesen und um diesen herum zugegeben werden. Das Hilfsmittel kann pulver- oder kornförmige Konsistenz haben und mit wärme-, energie-, reaktions- oder abriebserhöhenden Eigenschaften ausgestattet sein. Insbesondere ist es möglich, auch Eisenpulverzusätze oder ähnliches mit einer der Sauerstoffbrenndüse beigeordneten oder in sie integrierten Eisenpulverdüse schwingend bewegend zuzugeben.

Wie in Fig. 4 schematisch dargestellt ist, können die Schwingbewegungen wie folgt erzeugt werden:

An der Brennschneidmaschine 10 ist ein Brenner 11 an einem Brennerhalter 12 befestigt. Dieser trägt eine Einrichtung 13, an der der Brenner 11 befestigt ist. Von dem Brenner 13 wird die gewünschte Bewegung während des Schneidvorgangs , insbesondere eine quer zur Schneidrich­ tung hin- und hergehende Bewegung dem Brenner 11 erteilt und damit die Düse 14, die den Schneidstrahl 2 aussendet, ebenfalls in die bewünschte Bewegung versetzt. Die Einrichtung 13 kann mit einem elektrischen Magnet- oder Motorantrieb zur Erzeugung der erforderlichen Bewegungen versehen sein. In Fig. 5 ist die Einrichtung 13 a am Ende des Brennerhalters 11 angebracht und erteilt der Düse 14 direkt die gewünschte schwingende Bewegung während des Schneidvorgangs. Die Bewegung kann aber auch an anderer Seite an der Maschine am Brennerwagen am Brennerarm erzeugt werden und ermöglicht hier dem Fachmann im Rahmen seines Könnens verschiedene Abwandlungen.

In Abkehr von den bisher zum Teil sehr aufwendigen Vorschlägen ermöglichen die Maßnahmen gemäß der Erfindung in einfacher Weise eine Verbesserung des Schneidvorgangs insbesondere eine Erhöhung der Schneidgeschwindigkeit, ohne daß ein erhöhter Verbrauch von Betriebsmitteln erforderlich ist oder für eine Vergrößerung der Schneidfuge ein Materialverlust in Kauf genommen werden kann.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen lassen sich auch bei bereits vorhandenen Brennschneidmaschinen in einfacher Weise nachträglich realisieren.

Claims (12)

1. Verfahren zum verbesserten insbesondere schnelleren Trennen von Werkstücken vornehmlich an Gießsträngen, mittels eines durch eine Düse austretenden gasförmigen oder flüssigen Schneidstrahles, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (14) während des Schneidvorgangs eine schnelle begrenzende Bewegung, ständig oder intermit­ tierend versetzt wird, um andere energiereichere oder chemisch aggressivere oder mechanisch stärkere abschleifende Bereiche des Schneidstrahls (2), bezogen auf seinen Querschnitt mit der über die Dicke des Werkstücks (1) reichende Angriffsfläche (3, 4) des zu trennenden Materials in Berührung zu bringen, ohne daß im wesentlichen der Schneidstrahl (2) die Schneidfuge (5) verläßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (14) hin- und herschwingend bewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Düse (14) eine oszillierende Bewegung erteilt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (14) in eine Drehbewegung versetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein während des Schneidvorgangs zugegebenes Hilfsmittel mit wärme-, energie-, reaktions­ oder abriebserhöhenden Eigenschaften vorzugsweise schwingend bewegt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsmittel in den Schneidstrahl eingeblasen, vor diesem oder um diesen herum, zugegeben wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsmittel pulver- oder kornförmig ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Schneidstrahl auch ein Eisenpulverzusatz oder ähnliches mit einer der Sauerstoff-Brenndüse (14) beigeordneten oder in sie integrierten Eisenpulverdüse schwingend bewegt wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der die Düse (14) tragende Düsenhalter (11) mit einer Einrichtung (13) versehen ist die ihm während des Schneidvorgangs eine schnelle, begrenzte Bewegung erteilt.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner bzw. Düsenhalter (11) eine Einrichtung (13 a) trägt, die die Düse (14) während des Schneidvorganges in eine schnelle, begrenzte Bewegung versetzt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Düse (14) eine Zugabe­ einrichtung für Hilfsstoffe zugeordnet ist, die ebenfalls schwingend bewegt wird.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabeeinrichtung für Hilfsstoffe in die Schneiddüse (14) integriert ist.