DE3732083A1 - Vorrichtung zum thermischen trennen von werkstuecken mit geringer dicke aus eisen, stahl o. dgl. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum thermochemischen Trennen von Werkstücken mit geringer Dicke aus Eisen, Stahl oder dergleichen.

Bei dem thermo-chemischen Trennen von Eisen und Stahl, auch Brennschneiden oder Autogenschneiden genannt, wird das zu trennende Materialstück an der Kante auf Zündtemperatur erwärmt, bei der das Material mit reinem Sauerstoff reagiert und eine Eisen-Oxid-Schlacke bildet. Der die Verbrennung des Eisens unterhaltende Sauerstoff bläst zusammen mit einer das Verfahren unter­ stützenden Heizflamme aus dem gleichen Schneidbrenner an der Werkstückvorderkante herunter, erzeugt eine Rille, in­ dem die kinetische Energie des Strahles die flüssige Schlacke nach unten treibt und wegbläst.

Es ist allgemein bekannt, über dem Werkstück einen Brenner anzuordnen, der sich mit dem Schneidstrahl und der Heizflamme horizontal über das Werkstück bewegt, wodurch die Rille weiter vorgetrieben wird, bis schließlich das Werkstück zerteilt ist.

Das ständige Bestreben des Standes der Technik besteht darin, die Schneidgeschwindigkeit zu erhöhen. Sie ist abhängig von einer Reihe von Parametern, wie Heiz­ flammenstärke, exothermische Verbrennung des Eisens im Schneidspalt, durch den Wärmehaushalt, der sich aus Materialtemperatur und Wärmeableitung bzw. Wärmeabstrahlung des Werkstücks ergibt, wie auch von der Schneidschlacken­ entfernung. Im Idealfall wäre bei der Schneidgeschwindig­ keit die chemisch mögliche Reaktionsgeschwindigkeit erreicht, was jedoch bei weitem nicht der Fall ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art verfügbar zu machen, bei der eine möglichst hohe Schneidgeschwindig­ keit realisiert ist, um die Produktionsleistung und damit die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen.

Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art ein für besonders dicke Werkstücke und damit überdimensionierter Schneid­ brenner winklig angeordnet ist und der Schneidstrahl mit dem Anschneiden an der unteren Kante beginnt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß der Winkel zur Ebene der oberen bzw. unteren Werkstückfläche etwa 5° und mehr beträgt.

Dabei wird mit Vorteil ein Abstand vom Düsenaus­ tritt zur unteren Werkstückkante von etwa 240 mm und mehr gewählt.

In ihrer vorteilhaften Ausbildung besitzt die Vorrichtung einen Schneidbrenner, der für das thermische Trennen von Materialdicken über 500 mm bis 1550 mm geeignet ist, während die Dicke des zu durchtrennenden Werkstückes 5 bis 250 mm und mehr beträgt.

In ihrer Weiterbildung schlägt die Erfindung vor, daß der Schneiddüse eine Eisenpulver-Zusatzeinrichtung zugeordnet ist, die Eisenpulver von oben in den Schneid­ strahl einführt. Gemäß einer weiteren Fortbildung ist vorgesehen, daß der Schneiddüse ein mit Heizgas und Sauerstoff versorgter Heizbrenner zugeordnet ist, der eine Heizflamme zum fliegenden Anschneiden, auch ohne Eisenpulver, aussendet.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß ein mit Gas und Sauerstoff versorgter Fugenhobler mit der Schneiddüse sich bewegt und eine Fuge auf der Oberfläche des Werkstücks erzeugt. Dabei kann der Fugen­ hobler zweckmäßig mit einer eigenen Zündvorrichtung und/ oder einer Eisenpulvereinrichtung versehen sein. Zweckmäßig weist der Fugenhobler einen Anstellwinkel von 30° auf.

Als optimal hat sich eine Schneidgeschwindigkeit der Düse mit den zugeordneten Aggregaten von 8 bis 12 m/min herausgestellt.

Die Erfindung soll nachstehend unter Bezug­ nahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.

In den Zeichnungen zeigen:

Bild 1 die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung und

Bild 2 eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrich­ tung nach Bild 1.

In Bild 1 ist ein Werkstück 1 im Schnitt darge­ stellt mit einem Schneidbrenner 2, an dessen Unterseite eine Schneiddüse 3 sitzt, um das Werkstück 1 zu schneiden. Der Schneidbrenner 2 mit der Schneiddüse 3 weist einen Winkel α von etwa 5° und mehr zur Ebene der Unterseite 1 a bzw. der Oberseite 1 b des Werkstückes 1 auf. Der Abstand a ₁ vom Austritt der Schneiddüse 3 zur Unterkante 1 c des Werkstückes 1 beträgt etwa 240 mm und mehr. Der Abstand a ₂ der Ebene der Oberseite 1 b des Werkstücks 1 zur Ebene der Schneiddüse 3 beträgt 5 mm und mehr.

Der Schneidbrenner 2 mit der Schneiddüse 3 ist für das thermochemische Trennen von Materialdicken über 500 bis 1550 mm geeignet und damit weit überdimensioniert in bezug auf das Werkstück 1 , dessen Dicke d 5 bis 250 mm und mehr beträgt. Damit ist das Werkstück als relativ dünn anzusehen, indem es beispielsweise eine Dicke d von 5 mm aufweist, während seine Breite b beispielsweise 350 mm ist.

Der Schneiddüse 2 ist eine Eisenpulverzusatz­ einrichtung 4 zugeordnet, die Eisenpulver von oben in den Schneidstrahl, der von der Schneiddüse 3 ausgeht, einführt. Damit wird sichergestellt, daß aufgrund der geometrischen Verhältnisse an der Unterkante 1 c des Werkstücks 1 der Schnitt sicher und fliegend begonnen werden kann, und es werden unnötige Zeitverluste beim Anschneiden vermieden. Vor allem aber wird auch der verhältnismäßig große Abstand a ₁ der Schneiddüse 3 von der Unterkante 1 c des Werkstückes 1 für ein fliegendes Anschneiden sicher überbrückt.

Bei warmem Material des Werkstückes 1 und nicht zu großen Schneiddicken kann die gleiche oder ähnliche Wirkung wie mit der Eisenpulverzusatzeinrichtung 4 auch durch einen mit Hilfe eines Zusatzhalters 5 am Schneid­ brenner 2 angebrachten Vorheizbrenner 6 erzielt werden. Die Flamme des Vorheizbrenners 6 ist vorzugsweise eben­ falls schräg nach vorn gerichtet, wie es in Bild 1 dargestellt ist. Auch eine Kombination mit der Pulver­ zusatzeinrichtung 4, wie es Bild 1 zeigt, ist bei entsprechender Zusammensetzung des Materials des Werkstückes 1 und der vorhandenen Materialtemperaturen möglich.

Wie der Vorheizbrenner 6 wird auch ein in Bild 2 dargestellter Fugenhobler 7 mit Heizgas und Sauerstoff versorgt. Der Fugenhobler 7 ist ebenfalls mit einem Zusatzhalter 5 an dem Schneidbrenner 2 befestigt und bewegt sich mit diesem über die Oberseite 1 b des Werkstücks 1. Auf diese Weise wird auf der Oberseite 1 c des Werkstücks 1 eine Fuge 1 d erzeugt. Im Gegensatz zu einem Schneidbrenner erzeugt der Fugenhobler 7 nur eine Rille oder Nut 1 d von einer gewissen Tiefe auf der Ober­ fläche 1 b des Werkstückes 1 durch Verbrennen von Stahl. Zu diesem Zweck sendet der Fugenhobler 7 unter einem Anstellwinkel β von etwa 30° einen Sauerstoffstrahl, umgeben von einem Heizflammenkranz, aus. Wird der Fugen­ hobler 7 mit dem schnell vorwärts bewegten Schneidbrenner 2 so mitgeführt, daß über die von unten her anstehende Schneidfuge eine Rille 1 d angepaßter Tiefe entsteht, dann wird nicht nur die Schneiddicke des Werkstücks 1 für das Schnellschneiden günstig verringert, sondern auch die entstehende Prozeßwärme unterstützt den Gesamtvorgang erheblich. Die Anpassung der Tiefe der Hobelfuge 1 d erfolgt durch die geeignete Wahl von Heizleistung und Größe, Geschwindigkeit und Druck des Sauerstoffstrahls des Fugenhoblers 7. Damit der Schneid- und Hobelvorgang gleichzeitig und fliegend beginnen können, müssen der Schneidbrenner 2 und der Fugenhobler 7 in ihren geometri­ schen Lagen so aufeinander abgestimmt sein, daß die zugehörigen Sauerstoffstrahlen etwa gleichzeitig an der Unterkante 1 c und auf der Oberseite 1 b des Werkstücks 1 zu arbeiten beginnen. Dazu muß auch der Fugenhobler 7 wie auch der Schneidbrenner 2 mit einem eigenen oder gemeinsamen Zündsystem, bestehend aus Vorheizbrenner, Zündradeinrichtung oder Eisenpulverzusatzeinrichtung, ausgestattet sein, damit für den Verfahrensbeginn dem Sauerstoff zündfähiges Material zur Verfügung steht. In Bild 2 ist eine dem Fugenhobler 7 zugeordnete eigene Pulverzusatzeinrichtung 8 dargestellt.

Auf diese Weise erreicht die Vorrichtung eine gegenüber dem Stand der Technik, wonach der Brenner mit 90° oder leichten Abweichungen auf die Breit- oder Schmalseite gerichtet wird, wesentlich erhöhte Schneidgeschwindigkeiten V _s . Gegenüber bekannten Schneidgeschwindigkeiten in der Größenordnung von etwa 1 m/min bei Materialdicken von 5 bis 10 mm wurden Schneidgeschwindigkeiten von 8, 10 und mehr Meter pro Minute, d.h. eine acht- bis zehnfache Erhöhung der Schneidgeschwindigkeit erzielt. Diese uner­ wartete Erhöhung der Schneidgeschwindigkeit beruht offen­ sichtlich auf einer Verringerung der Wärmeableitung in dem Werkstück 1, was einer höheren Wirktemperatur im Schlackebereich des Werkstücks 1 entspricht, d.h. eine flüssige Schlacke läßt sich weiter wegblasen. Die Kühlwirkung eines starken Sauerstoffstrahls wird durch die höhere Reaktionsbereichtemperatur stärker ausge­ glichen. Der Sauerstoffstrahl kann leicht in einem größeren Arbeitsbereich, d. h. Strahlweg, im Werkstück 1 mit größerem gleichzeitigen Verbrennungspotential, d.h. bei einer größeren Eisenmenge trotz geringerer Materialdicke wirken. Dadurch ist offensichtlich ein größerer Vorschub möglich, ja wird sogar notwendig, um das Verfahren zu betreiben. Auf diese Weise wird durch die erfindungs­ gemäßen Maßnahmen eine wesentlich erhöhte Schneid­ geschwindigkeit V _s erzielt.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum thermochemischen Trennen von Werkstücken mit geringer Dicke aus Eisen, Stahl o. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß ein für besonders dicke Werkstücke geeigneter und damit überdimensionierter Schneidbrenner (2) winklig angeordnet ist und der Schneidstrahl mit dem Anschneiden an der unteren Kante (1 c) des Werkstücks (1) beginnt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) zur Ebene der Unterseite (1 a) bzw. der Oberseite (1 b) des Werkstücks (1) etwa 5° und mehr beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a ₁) vom Austritt der Schneiddüse (3) zur Unterkante (1 c) des Werkstücks (1) etwa 240 mm und mehr beträgt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Ebene der Schneid­ düse (3) und der Oberseite (1 b) des Werkstücks (1) ein Abstand (a ₂) von 5 mm und mehr besteht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidbrenner (2) für das thermochemische Trennen von Materialdicken über 500 bis 1550 mm geeignet ist und die Dicke des Werkstücks (1) 5 bis 250 mm und mehr beträgt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneiddüse (2) eine Eisenpulverzusatzeinrichtung (4) zugeordnet ist, die Eisenpulver von oben in den Schneidstrahl einführt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneiddüse (2) ein mit Heizgas und Sauerstoff versorgter Vorheizbrenner (6) zugeordnet ist, der eine Heizflamme aussendet.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Gas und Sauerstoff versorgter Fugenhobler (7) mit der Schneiddüse (2) sich bewegt und eine Fuge (1 d) auf der Oberseite (1 b) des Werkstücks (1) erzeugt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fugenhobler (7) mit einer eigenen Zündvorrichtung versehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Fugenhobler (7) eine Eisenpulverzusatzeinrichtung (8) zugeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Fugenhobler (7) einen Anstellwinkel (β) von 30° aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidgeschwindigkeit der Schneiddüse (2) der zugeordneten Aggregate (4, 6, 7, 8) 8 bis 12 m/min beträgt.