DE4036629A1

DE4036629A1 - Ringbrenner

Info

Publication number: DE4036629A1
Application number: DE4036629A
Authority: DE
Inventors: Lothar Dipl Ing Finzel; Thomas Dipl Ing Ruckgaber; Christian Lucas
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1990-11-16
Filing date: 1990-11-16
Publication date: 1992-05-21

Description

Die Erfindung betrifft einen Ringbrenner zur Erwärmung von stabförmigen Elementen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ringbrenner werden beispielsweise für die Herstellung von Bau elementen für die Lichtwellenleitertechnik verwendet. Er eignet sich insbesondere für die Herstellung von Kopplern. Einige Aus führungsbeispiele von Kopplern sind in der deutschen Offenle gungsschrift 26 55 382 und der europäischen Offenlegungsschrift 01 74 014 A2 beschrieben.

Bei einem intern verwendeten Ringbrenner werden als Kapillar brenner ausgebildete ringförmig angeordnete Glasröhrchen ver wendet. Die radial auf das zu erwärmende Element gerichteten Flammkegel sind relativ lang und werden nicht unmittelbar bis an das stabförmige Element geführt. Das große Wärmefeld führt zu einer unerwünschten Erhitzung im oberen Bereich des stab förmigen Elementes und dessen Haltevorrichtung, wodurch es zu einem unerwünschten Verziehen kommt. Durch die hohe Geschwin digkeit der Brenngase werden die Kapillarbrenner zu Eigen schwingungen angeregt, eine gleichmäßige Flammbildung wird gestört und es kann sich kein homogenes Wärmefeld ausbilden, so daß Ziehvorgänge erschwert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ringbrenner anzugeben, der eine möglichst geringe Verlustwärme erzeugt und keine relevante Erwärmung der Haltevorrichtung bewirkt.

Diese Aufgabe wird ourch einen Ringbrenner nach Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhaft ist, daß die Verlustwärme durch den Kühlkamin ab geführt wird und Abgaskanäle einen Wärmestau im Brennraum verhindern. Da der Kühlkamin das stabförmige Element eng umschließt, wird der erwärmte Bereich klein gehalten und eine Erwärmung eines unnötig großen Bereichs vermieden. Die Ab gaskanäle werden schräg nach außen geführt und erwärmen somit die Haltevorrichtung nicht.

Durch das Heranführen der Flammen bis an das stabförmige Ele ment wird nur ein kleines Heizfeld benötigt. Hierdurch können auch die Flammkegel sehr klein gehalten werden, wodurch ein geringerer Durchsatz des Brenngases benötigt wird.

Zur Erzeugung eines homogenen Heizfeldes eignen sich besonders mehrere Kapillarbrenner. Durch die trichterförmig erweiterten Brennerdüsen werden weiche Flammen erzeugt, deren konstante Flammbildung noch durch schräg nach oben ausgerichtete Bren nerdüsen verstärkt wird.

Eine ungradzahlige Anzahl von Brennerdüsen verhindert eine ge genseite Beeinflussung der Flammen, da sich nie zwei Flammkegel gegenüberstehen. Durch die vorstehenden Maßnahmen werden Turbo lenzen vermieden und durch die gleichmäßig brennenden Flamm kegel ein weitgehend homogenes Heizfeld erzeugt.

Vorteilhaft ist der Aufbau des Ringbrenners aus einem inneren und einem äußeren Ring. Hierdurch werden zwischen dem Brenner ring Abgaskanäle mit großem Querschnitt erzeugt. In Verbindung mit der Luftzufuhr unterhalb des Heizraumes ergibt sich für den unteren Teil des stabförmigen Elementes eine automatische Küh lung, so daß ein unterhalb des Heizraumes angebrachter weiterer Kühlkamin in der Regel nicht erforderlich ist.

Zweckmäßig ist eine teilbare Ausführung des Ringbrenners, durch die ein einfacheres Einführen und Entnehmen der stabförmigen Elemente möglich ist.

Durch einen Antriebsmechanismus zum Verschieben des Ring brenners gegenüber dem stabförmigen Element kann eine gezielte Erwärmung eines bestimmten Bereiches erfolgen.

Das stabförmige Element bzw. mehrere Einzelelemente werden durch eine Haltevorrichtung in einer genauen Position gehal ten.

Vorteilhaft ist die Verwendung des Ringbrenners bei der Her stellung von optischen Kopplern durch Ziehen und Verschmelzen von Lichtwellenleitern.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 das Schnittbild eines Ringbrenners,

Fig. 2 die Draufsicht des Ringbrenners und

Fig. 3 einen teilbaren Ringbrenner.

In Fig. 1 ist der Ringbrenner im Schnitt dargestellt. Er weist einen inneren Ring 2 und einen äußeren Ring 3 auf. Der äußere Ring wird hierbei von einem Brennerchassis 4 aufgenommen. Im äußeren Ring sind Bohrungen 8 vorgesehen, in die Kapillarbren ner 6 eingesetzt sind. Diese sind um 15° bis 25° gegenüber der Brennerebene nach oben angestellt und weisen zur Mitte eines Heizraumes 7, bzw. eines eingeführten stabförmigen Elementes ES, das von Haltevorrichtungen 26 und 27 genau fixiert ist. Die Ka pillarbrenner 6 sind aus Glas oder Keramik gefertigt, um den hohen Temperaturen standhalten zu können. Ihre Brenneröffnungen 1 sind trichterförmig aufgebogen. Es ist eine ungradzahlige Anzahl von Kapillarbrennern vorgesehen, um eine gegenseitige Beeinflussung ihrer Flammkegel 16 zu vermeiden. Die Flammkegel reichen bis an das stabförmige Element heran. Die Kapillar brenner werden über eine Gasleitung 13 und einen Ringleitung 12, die in dem Brennerchassis 4 verlaufen, mit Brenngas gespeist. Der Heizraum 7 ist zylinderförmig ausgebildet. Seine Seitenwand wird vom äußeren Ring 2 (dessen innerer Mantelfläche) gebildet. Nach unten ist der Brennerraum offen. Diese Öffnung bildet die Luftzuführung 24.

Der Heizraum wird oben durch den inneren Ring 2 abgeschlossen. Dieser bildet einen Kühlkamin 5, der das in seinem Kaminschacht 23 eingesetzte stabförmige Element ES eng umschließt. Zwischen dem inneren und dem äußeren Ring sind vom Heizraum schräg nach oben verlaufende Abgaskanäle 14 vorgesehen. Der innere Ring 2 und auch der äußere Ring 3 weisen Kühlkammern 9 bzw. 17 auf, durch die ein Kühlmittel 28 über eine Kühlmittelzuleitung 10 eingeleitet und über eine Kühlmittelableitung 11 abgeleitet wird. Die Kühlkammern sind ebenfalls ringförmig ausgebildet.

Im allgemeinen ist unterhalb des Heizraumes kein weiterer Kühlkamin erforderlich, dieser kann jedoch bei Bedarf vorge sehen werden, er muß dann entsprechende Öffnungen für die Luft zufuhr aufweisen. Das Brennerchassis 4 ist mit seiner Halterung 21 an einem Antriebsmechanismus 25 befestigt.

In diesem Ausführungsbeispiel weist der Heizraum eine kreis förmige Grundfläche auf, und die Brennerelemente sind ebenfalls auf einem Kreis angeordnet. Dies ist zweckmäßig, wenn auch die stabförmigen Elemente einen kreisförmigen Querschnitt aufwei sen. Für Elemente mit abweichendem Querschnitt können Brenner raum, die Anordnung Brennerelemente und der Kühlkanal angepaßt ausgebildet werden. Werden jedoch stabförmige Elemente mit sehr geringem Durchmesser bearbeitet, beispielsweise bei der Her stellung optischer Koppler, dann kann immer ein kreisförmiger Heizraum mit kreisförmig angeordneten Brennerelementen verwen det werden. Gegebenenfalls wird nur der Kühlkanal angepaßt.

Der Heizraum 2 sollte so ausgeformt sein, daß möglichst keine erhitzte Luft bzw. Wasserdampf durch den Kaminschacht 23 nach oben gelangt. Da der Heizraum 2 eines für die Herstellung von optischen Kopplern vorgesehenen Ringbrenners einen Durchmesser von ca. 2 mm aufweist, sind der Gestaltung jedoch von den Ab messungen und vom Aufwand her Grenzen gesetzt. Durch Erzeugung eines geringen Unterdruckes in den Abgaskanälen kann das Auf steigen von erhitzten Gasen durch den Kaminschacht 23 ebenfalls verhindert werden. Dies ist jedoch bei der Herstellung von Bau teilen für die Lichtwellenleitertechnik nicht erforderlich.

Anstelle der Kapillarbrenner ist auch die Verwendung eines ringförmigen Brennerelements denkbar, das aus einem mit Aus trittsdüsen versehenen Röhrchens geformt ist.

Es sind verschiedene Ausführungsformen für den eigentlichen Ringbrenner denkbar. So kann er praktisch aus einem Stück gefertigt werden, wobei der Heizraum 2, der Kühlkamin 5 und die Abgaskanäle 14 durch Bohrungen erzeugt werden und die Kühlkam mern durch radiale Schlitze oder durch eine ringförmige Nut. Es ist prinzipiell auch möglich, den Kühlkamin mit Kühlrippen zu versehen und mit Luft zu kühlen.

In Fig. 2 ist die Draufsicht des aus zwei Ringen 2 und 3 ge fertigten Ringbrenners dargestellt. Zwischen dem inneren Ring 2 und dem konzentrischen äußeren Ring 3 ergeben sich automatisch Abgaskanäle 14 mit großem Querschnitt. Die Ringe können bei spielsweise durch röhrchenförmige Verbindungsteile 29, die als Kühlmittelzuleitungen und Kühlmittelableitungen dienen, mit einander verbunden sein.

In Fig. 3 ist ein teilbarer Ringbrenner schematisch darge stellt. Ein Brennersegment 18 ist über eine Schwenkmechanismus 20 von einem mit dem Brennerchassis 4 verbundenen Hauptseg ment 22 schwenkbar. Von dem eigentlichen Ringbrenner (bei einer Ausführung nach Fig. 2 also von den Ringen 2 und 3) wird ein Sektor (oder zumindest nahezu ein Sektor) abgeteilt, dessen Größe bis zu einem Halbkreis reichen kann. Das Brennersegment wird über Zuleitungen 19 mit Brenngas und Kühlmittel separat versorgt. Hierdurch wird das Einführen von stabförmigen Elementen erleichtert. Diese können bereits in den Haltevor richtung 26, 27 (Fig. 1) beidseitig befestigt sein, bevor sie in den Kühlkaminschacht und Heizraum eingeschwenkt werden.

Ein exaktes Zusammenfügen der Brennersegmente 22 und 18 kann durch eine nicht dargestellte Führungs- oder Verschlußein richtung erleichtert werden, die gegenüber dem Schwenkmecha nismus vorgesehen werden kann.

Anstelle der separaten Zuleitungen sind auch mit Ventilen ver sehene Koppeleinrichtungen zwischem dem Brennersegment 18 und dem Hauptsegment 22 denkbar.

Das zu erwärmende stabförmige Element ES wird in den Ring brenner eingebracht und an beiden Seiten durch die Haltevor richtungen 26 und 27 fixiert, die auch ein Ziehen (Ausziehen) ermöglichen. Die Flammkegel erwärmen das stabförmige Element in einem gewünschten Bereich, dem Verfahrweg 15, der über den Antriebsmechanismus 25 zu bestimmen ist. Durch den Antriebs mechanismus 25 wird der Ringbrenner gegenüber dem stabförmigen Element während des Erwärmens fortlaufend verschoben. Das stab förmige Element ES, beispielsweise ein Glasröhrchen, kann hier durch gezogen oder mit in seinem Inneren angeordneten Licht wellenleitern zu einem Koppler verschmolzen werden. Ebenso können Lichtwellenleiter in seinem Inneren verschmolzen werden, wenn das Glasröhrchen eine höhere Schmelztemperatur aufweist. Auch können mehrere stabförmige Einzelelemente (Lichtwellenlei ter) mit entsprechend kleinerem Durchmesser (beispielsweise verdrillt) in den Ringbrenner eingeführt und miteinander ver schmolzen werden oder ein einziger Lichtwellenleiter gezogen werden. Dies sind nur wenige Beispiele von möglichen Anwendun gen des Ringbrenners.

Durch die angestellten Kapillarbrenner die aufgebogenen Brenner öffnungen und die ungradzahlige Anzahl der Brennerdüsen ergibt sich eine turbolenzfreie Strömung und ein praktisch homogenes Heizfeld im Heizraum 7. Als Brenngas hat sich Knallgas bewährt. Durch die Luftströmung wird das stabförmige Element unterhalb der Flammkegel in der Regel bereits ausreichend gekühlt. Im oberen Heizraum ist dagegen eine zusätzliche Kühlung durch den Kühlkamin 5 erforderlich. Das Kühlmittel 28 wird zunächst in die Kühlkammer 9 des inneren Ringes 2 eingespeist und an schließend in die Kühlkammer 17 des äußeren Ringes 3 geleitet. Hierdurch ergibt sich auch eine hervorragende Kühlung der Kühl kanäle 14. Als Kühlmittel hat sich warmes Wasser von mindestens 35°C bewährt. Bei einer niedrigeren Kühlmitteltemperatur kann es bereits zur Kondensation kommen. Die Kühleinrichtung und die Temperatur des Kühlmittels müssen daher stets aneinander ange paßt werden.

Claims

1. Ringbrenner zur Erwärmung von stabförmigen Elementen (ES, EE) mit ringförmig angeordneten Brennerdüsen (1), dadurch gekennzeichnet,
daß ein Heizraum (7) mit unterhalb der Brennersdüsen (1) gelegener Luftzuführung (24) vorgesehen ist,
daß der Heizraum (7) oben durch einen Kühlkamin (5) abgeschlos sen wird, der das stabförmige Element (ES) oder mehrere Einzel elemente (EE) eng umschließt, und
daß Abgaskanäle (14) oberhalb der Brennerdüsen (1) vorgesehen sind.

2. Ringbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlkammer (9) im Bereich des Kühlkamins (5) vorgesehen ist, durch die ein Kühlmittel (28) geleitet wird.

3. Ringbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerdüsen (1) so dicht um das stabförmige Element (1) herum angeordnet sind, daß es von den Flammenkegeln (16) berührt wird.

4. Ringbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß radial angeordnete Kapillarbrenner (6) aus Glas oder Kera mik vorgesehen sind.

5. Ringbrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarbrenner (6) trichterförmig erweiterte Brenner düsen (1) aufweisen.

6. Ringbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerdüsen (1) schräg nach oben ausgerichtet sind.

7. Ringbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerdüsen (1) um 15° bis 25° gegenüber der Brenner ebene angestellt sind.

8. Ringbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine ungeradzahlige Anzahl von Brennersdüsen (1) bzw. Kapillarbrennern (6) vorgesehen ist.

9. Ringbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgaskanäle (14) vom Heizraum (7) schräg nach oben und außen geführt sind.

10. Ringbrenner nach Anspruch nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein innerer Ring (2) vorgesehen ist, der den Kühlkamin (5) bildet, und daß ein äußerer konzentrischer Ring (3) vorgesehen ist, der die Innenwand des Heizraumes (17) bildet, und daß die Abgaskanäle (14) durch den Raum zwischen beiden Ringen (2, 3) gebildet werden.

11. Ringbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringbrenner in Sektoren teilbar ausgeführt ist.

12. Ringbrenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwenkmechanismus (20) vorgesehen ist, mit dem ein Brennersegment (18) des Ringbrenners waagerecht ausschwenkbar ist.

13. Ringbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Haltevorrichtung (26, 27) zur Aufnahme und genauen Positionierung des stabförmigen Elements (ES) bzw. mehrerer Einzelelemente (EE) vorgesehen ist.

14. Ringbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antriebsmechanismus (25) zum Heben und Senken des Ring brenners gegenüber dem stabförmigen Element (4) vorgesehen ist.

15. Ringbrenner nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (26, 27) zum Ziehen des stabförmigen Elements (ES) und/oder der Einzelelemente (EE) ausgebildet ist.

16. Ringbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er für die Herstellung von optischen Kopplern verwendet wird.

17. Ringbrenner nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß als stabförmiges Element (ES) ein Glasröhrchen vorgesehen ist, in das als Einzelelemente (EE) mindestens zwei Licht wellenleiter eingeführt sind.

18. Ringbrenner nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Einzelelemente (EE) Lichtwellenleiter vorgesehen sind.