DE69327782T2 - Nozzle and cutting torch - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schneiddüse zum Anbringen an einem Brennerkörper, der Fluidzufuhrkanäle aufweist, wobei die Düse eine mittlere profilierte Schneidsauerstoffleitung, die von einem Zwischenring und einem Außenring von Heizleitungen umgeben ist, umfaßt.The present invention relates to a cutting nozzle for attachment to a torch body having fluid supply channels, the nozzle comprising a central profiled cutting oxygen line surrounded by an intermediate ring and an outer ring of heating lines.
Eine Düse dieser Art wird in der eigenen Schrift FR-A-2.602.309 beschrieben. Eine solche Düse wird gemäß einer Anordnung, die schwierige und teure Bearbeitungsvorgänge erfordert, durch die Montage eines die mittlere Schneidsauerstoffzufuhrleitung und die Heizleitungen des Zwischenrings und des Außenrings bildenden Heizblocks und eines Verbindungsblocks mit konischen Auflageflächen gebildet. Die Betriebsdauer der Schneiddüsen ist des weiteren direkt mit dem Sauberkeitszustand des Schneidsauerstoffkanals verbunden, dessen zunehmende Verschmutzung zu einem Nachlassen der Leistungen führt und der deshalb täglich durch Eintauchen in ein geeignetes Reinigungsprodukt gereinigt werden muß; durch dieses Auswechseln des Heizblocks wird ein vollständiger Auseinanderbau der Düse mit den damit verbundenen Nachteilen der Gefahr einer Beschädigung der konischen Auflageflächen des Verbindungsblocks erforderlich. Schließlich muß dem Benutzer gemäß den Schneiddicken und den Schneidparametern eine große Auswahl an verschiedenen Heizblöcken zur Verfügung stehen.A nozzle of this type is described in the specific document FR-A-2.602.309. Such a nozzle is formed by assembling a heating block forming the central cutting oxygen supply line and the heating lines of the intermediate ring and the outer ring, and a connecting block with conical bearing surfaces, according to an arrangement that requires difficult and expensive machining operations. The service life of the cutting nozzles is also directly linked to the cleanliness of the cutting oxygen channel, the increasing contamination of which leads to a reduction in performance and which must therefore be cleaned daily by immersion in a suitable cleaning product; this replacement of the heating block requires complete disassembly of the nozzle, with the associated disadvantages of the risk of damaging the conical bearing surfaces of the connecting block. Finally, the user must have a wide choice of different heating blocks available, depending on the cutting thicknesses and the cutting parameters.
Die Schrift DE-C-55 22 40 beschreibt einen Brenner, der einen aus mehreren konzentrischen Elementen bestehenden Endteil aufweist, die einzeln in einen mit dem Brennerkörper verbundenen Brennerkopf geschraubt sind.Document DE-C-55 22 40 describes a burner having an end section consisting of several concentric elements which are individually screwed into a burner head connected to the burner body.
Die Schrift US-A-2.302.734 beschreibt des weiteren eine Schneiddüse aus einem zylindrischen Block besteht, die, in dem Leitungen eines einzigen Heizrings ausgebildet sind, der einen zwei Schneidsauerstoffeinspritzleitungen bildenden Einsatz, der durch eine Presse in den Block gedrückt ist, umgibt.The document US-A-2,302,734 further describes a cutting nozzle consisting of a cylindrical block in which are formed the lines of a single heating ring which surrounds an insert forming two cutting oxygen injection lines which is pressed into the block by a press.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten Schneiddüse mit wesentlich geringeren Herstellungs- und Selbstkosten, mit einfacher, kompakter und modularer Konstruktion, leichterer Instandhaltung und Wartung, die die leichte und kostengünstigere Herstellung einer größeren Palette verschiedener Modelle gestattet.The object of the present invention is to provide an improved cutting nozzle with significantly lower manufacturing and cost costs, with a simple, compact and modular design, easier maintenance and servicing, which allows the easy and cost-effective production of a wider range of different models.
Dazu umfaßt die Schneiddüse gemäß der Erfindung eine Untergruppe aus einem mittleren Einsatz, der die Schneidsauerstoffleitung bildet, und einem Zwischeneinsatz, der teilweise den Außenring von Heizleitungen definiert und in dem der mittlere Einsatz unter Bildung des Zwischenrings von Heizleitungen mit diesem aufgenommen wird, und weist Umfangsmittel zur Montage der Untergruppe in dem Brennerkörper mit dem Zwischeneinsatz in axialer Anlage an dem Brennerkörper und einen hinteren Teil des mittleren Einsatzes, der gleitend in dem Brennerkörper aufgenommen ist, auf, wobei diese Umfangsmontagemittel alleine die Montage des mittleren Einsatzes und des Zwischeneinsatzes gewährleisten.To this end, the cutting nozzle according to the invention comprises a subassembly of a central insert forming the cutting oxygen line and an intermediate insert partially defining the outer ring of heating lines and in which the central insert is housed to form the intermediate ring of heating lines, and has peripheral means for mounting the subassembly in the torch body with the intermediate insert in axial abutment against the torch body and a rear part of the central insert slidably housed in the torch body, these peripheral mounting means alone ensuring the mounting of the central insert and the intermediate insert.
Gemäß einer besonderen Ausführung der Erfindung istAccording to a particular embodiment of the invention
- der mittlere Einsatz in Anlage in der Position des Zwischeneinsatzes elastisch vorgespannt,- the middle insert is elastically pre-tensioned in the position of the intermediate insert,
- der Zwischeneinsatz in einem Umfangsblock, der teilweise den äußeren Ring von Heizleitungen definiert und Mittel zur festen Verbindung mit dem Brennerkörper zur Montage der Düse in dem Körper aufweist, aufgenommen;- the intermediate insert is housed in a peripheral block which partially defines the outer ring of heating pipes and has means for fixed connection to the burner body for mounting the nozzle in the body;
- mindestens ein Teil der Heizleitungen des Zwischenrings und des Außenrings durch äußere Längsrippen des mittleren Einsatzes bzw. des Zwischeneinsatzes begrenzt.- at least part of the heating lines of the intermediate ring and the outer ring are delimited by external longitudinal ribs of the middle insert or the intermediate insert.
Des weiteren besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung eines Schneidbrenners mit einfacher und robuster Konstruktion, der zur Aufnahme einer solchen Schneiddüse ausgeführt ist und dessen Brennerkörper insbesondere eine vordere Querendfläche aufweist, in der die Fluidzufuhrkanäle münden und die mit einer hinteren Querendfläche des Zwischeneinsatzes der Schneiddüse zusammenwirkt.Furthermore, it is an object of the invention to provide a cutting torch with a simple and robust construction, which is designed to accommodate such a cutting nozzle and whose torch body in particular has a front transverse end surface into which the fluid supply channels open and which interacts with a rear transverse end surface of the intermediate insert of the cutting nozzle.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden, unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beispielhaft gegebenen Beschreibung einer Ausführungsform hervor; wobeiFurther features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of an embodiment given by way of example with reference to the accompanying drawing;
- die einzige Figur eine als Längsschnitt ausgeführte, schematische Ansicht eines Schneidbrennerendes mit einer erfindungsgemäßen Schneiddüse ist.- the only figure is a schematic view, in longitudinal section, of a cutting torch end with a cutting nozzle according to the invention.
In der einzigen Figur ist das zylindrische Ende eines Brennerkörpers 1 zu sehen, das einen mittleren Schneidsauerstoffzufuhrkanal 2 und zwei Längskanäle 3 und 4 zur Zufuhr der Bestandteile eines Sauerstoff- Brenngas-Gemisches definiert. Der Brennerkörper 1 weist eine ringförmige, ebene Querendfläche 5 auf, in der zwei konzentrische Ringe von Leitungen 6 und 7 münden, die den Ausgang der Zufuhrkanäle 3 bzw. 4 bilden.The single figure shows the cylindrical end of a torch body 1, which defines a central cutting oxygen supply channel 2 and two longitudinal channels 3 and 4 for supplying the components of an oxygen-fuel gas mixture. The torch body 1 has an annular, flat transverse end surface 5 into which two concentric rings of lines 6 and 7 open, forming the outlet of the supply channels 3 and 4 respectively.
Erfindungsgemäß ist an dem Brennerkörper 1 eine allgemein mit der Bezugszahl 8 bezeichnete Schneiddüse angefügt, die eine konzentrische Baugruppe aus einem mittleren Einsatz 9, einem Zwischeneinsatz 10 und einem ringförmigen Umfangsblock 11 umfaßt. Der mittlere Einsatz 9 enthält einen mittleren profilierten Kanal in Form einer Lavaldüse 12 zum Einspritzen des Schneidsauerstoffs und weist vorteilhafterweise ein kegelstumpfförmiges Außenprofil mit einer Reihe von äußeren Längsrippen 13 auf, die in einer ebenfalls kegelstumpfförmigen Innenaufnahme der Zwischendüse 10 aufgenommen werden, die ein ebenfalls allgemein kegelstumpfförmiges Außenprofil mit in einer entsprechenden Innenaufnahme des Blocks 11 aufgenommenen äußeren Längsrippen 14 aufweist. Der Zwischeneinsatz 10 weist eine ringförmige, hintere Querendfläche auf, die mindestens zwei konzentrische, ebene Auflageflächen 15 und 16 definiert, die innen eine ringförmige Endkehle 17 begrenzen, die in dichte Anlage von Metall auf Metall an der Querendfläche 5 des Brennerkörpers 1 kommen soll. Dazu ragt das hintere Ende des Zwischeneinsatzes 10 bezüglich des hinteren Endes des Blocks 11 leicht vor. Der mittlere Einsatz 9 weist wiederum ein hinteres Stück 90 auf, das über die Ebene der ringförmigen Auflageflächen 15 und 16 des Zwischeneinsatzes 10 hinwegragt und in dem mittleren Sauerstoffzufuhrkanal 2 des Heizkörpers 1 gleitend dicht aufgenommen ist.According to the invention, a cutting nozzle, generally designated by the reference numeral 8, is attached to the torch body 1, which comprises a concentric assembly of a central insert 9, an intermediate insert 10 and an annular peripheral block 11. The central insert 9 contains a central profiled channel in the form of a Laval nozzle 12 for injecting the cutting oxygen and advantageously has a frustoconical external profile with a series of external longitudinal ribs 13 which are received in an internal receptacle, also frustoconical, of the intermediate nozzle 10, which also has a generally frustoconical external profile with external longitudinal ribs 14 received in a corresponding internal receptacle of the block 11. The intermediate insert 10 has an annular rear transverse end surface defining at least two concentric flat bearing surfaces 15 and 16 which internally define an annular end groove 17 which fits into tight metal-to-metal contact with the transverse end surface 5 of the burner body 1. For this purpose, the rear end of the intermediate insert 10 projects slightly with respect to the rear end of the block 11. The middle insert 9 in turn has a rear piece 90 which projects beyond the plane of the annular support surfaces 15 and 16 of the intermediate insert 10 and is received in a sliding, sealed manner in the middle oxygen supply channel 2 of the heating body 1.
Bei der in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsform bildet die Innenaufnahme des Zwischeneinsatzes 10 eine Querschulter 18, die in axialer Anlage mit entsprechenden Schultern der Rippen 13 zusammenwirkt und um den hinteren Teil dieser letzteren eine ringförmige Mischkammer 19 bereitstellt, die über in dem Zwischeneinsatz 10 ausgebildete Kanäle 20 mit der ringförmigen Kehle 17 in Verbindung steht und die Leitungen des Zwischenheizrings 40 zwischen den Einsätzen 10 und 9 versorgt. Dieser letztere ist so konfiguriert, daß er rückwärtig seiner äußeren Rippen 14 eine ringförmige Umfangskammer 21 bereitstellt, die mit einer ringförmigen Verteilkammer 22 in Verbindung steht, welche rückwärtig des Mutternblocks 11 und um die äußere Auflagefläche 16 des Zwischeneinsatzes 10 herum ausgebildet ist und in der der Ring von Kanälen 6 mündet. Die Kammer 21 steht des weiteren über eine Reihe von Kanälen 23, die in dem Zwischeneinsatz 10 ausgebildet sind, mit der ringförmigen Kehle 17 in Verbindung und versorgt die Leitungen des äußeren Heizrings 50 zwischen dem Einsatz 10 und dem Block 11 mit einem Sauerstoff-Brenngas-Gemisch. Die Innenaufnahme des Blocks 11 weist vorteilhafterweise eine ringförmige Schulter 24 auf, die in axialer Anlage mit den entsprechenden Schultern der Rippen 14 des Zwischeneinsatzes 10 zusammenwirkt.In the embodiment shown in the single figure, the internal housing of the intermediate insert 10 forms a transverse shoulder 18 which cooperates in axial abutment with corresponding shoulders of the ribs 13 and provides around the rear part of the latter an annular mixing chamber 19 which communicates with the annular groove 17 via channels 20 formed in the intermediate insert 10 and supplies the lines of the intermediate heating ring 40 between the inserts 10 and 9. The latter is configured to provide, behind its external ribs 14, an annular peripheral chamber 21 which communicates with an annular distribution chamber 22 formed behind the nut block 11 and around the external bearing surface 16 of the intermediate insert 10 and into which the ring of channels 6 opens. The chamber 21 is also connected to the annular groove 17 via a series of channels 23 formed in the intermediate insert 10 and supplies the lines of the outer heating ring 50 between the insert 10 and the block 11 with an oxygen-fuel gas mixture. The internal housing of the block 11 advantageously has an annular shoulder 24 which cooperates in axial contact with the corresponding shoulders of the ribs 14 of the intermediate insert 10.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung, ist zur Gestattung eines leichten Auseinanderbaus und Wiederzusammenbaus der mittlere Einsatz oder der Schneideinsatz 9 in der Innenaufnahme des Zwischeneinsatzes 10 nicht fest angebracht. Bei der dargestellten Ausführungsform wird der mittlere Einsatz 9 bei der zusammengebauten Konfiguration der Düse durch einen in dem mittleren Kanal 2 des Brennerkörpers 1 gleitenden Kolben 25, der durch eine Feder 26 nach vorne vorgespannt wird, in dem Zwischeneinsatz 10 in Position gedrückt. Vorteilhafterweise weist der Umfangsblock 11 einen hinteren Teil mit Außengewinde auf, der in ein Innengewinde einer vorderen Endschürze 30 des Brennerkörpers 1 geschraubt ist, in die sich eine Umfangskammer 27 erstreckt, die durch einen äußeren Mantel 28 begrenzt wird und die einen Teil eines Fluid- (z. B. Wasser-)Kühlkreislaufs des Brenners und mindestens einen Teil der Schneiddüse bildet.According to one aspect of the invention, to allow easy disassembly and reassembly, the middle insert or the cutting insert 9 is not fixedly mounted in the inner receptacle of the intermediate insert 10. In the embodiment shown, in the assembled configuration of the nozzle, the central insert 9 is pressed into position in the intermediate insert 10 by a piston 25 sliding in the central channel 2 of the torch body 1 and biased forwards by a spring 26. Advantageously, the peripheral block 11 has an externally threaded rear part which is screwed into an internal thread of a front end skirt 30 of the torch body 1, into which extends a peripheral chamber 27 which is delimited by an outer jacket 28 and which forms part of a fluid (e.g. water) cooling circuit of the torch and at least part of the cutting nozzle.
Die erfindungsgemäße Anordnung gestattet aufgrund der geringen Abmessung des mittleren Schneideinsatzes 9 eine sehr sorgfältige Bearbeitung der Düse 12, wodurch insbesondere die Schnittgeschwindigkeiten erhöht werden können, aber auch die Reproduzierbarkeit der Bearbeitungsqualität leichter gewährleistet werden kann. Der Innenring von Heizleitungen 40, der durch Ausfräsungen zwischen den Rippen 13 definiert wird, ist der Abmessung des mittleren Einsatzes 9 direkt angepaßt und kann unabhängig vom Rest der Düse 8 dimensioniert werden. Dank dieser Auslegung können mittlere und Zwischeneinsätze unterschiedlicher Abmessung für die gleiche Düse verwendet werden. Diese letztere sorgt des weiteren für eine ursprüngliche Trennung der Gase, wobei das Sauerstoff-Brenngas-Gemisch vor den Leitungen des inneren und äußeren Heizrings 40 und 50 direkt in der Düse gebildet wird. Andererseits kann der mittlere Einsatz 9 als Verschleißteil betrachtet und regelmäßig ausgewechselt werden oder, als Alternative, leicht ausgetauscht werden, damit er leicht gereinigt werden kann, wenn seine Verschmutzung dies erforderlich macht. Das Anbringen dieses Einsatzes ist extrem vereinfacht und beschränkt sich auf das Abschrauben der Düse, das Auswechseln des Einsatzes und das Wiederanbringen der Düse in dem Brennkörper.The arrangement according to the invention allows, due to the small size of the central cutting insert 9, very careful machining of the nozzle 12, which in particular makes it possible to increase the cutting speeds, but also to ensure the reproducibility of the machining quality more easily. The inner ring of heating lines 40, which is defined by millings between the ribs 13, is directly adapted to the size of the central insert 9 and can be dimensioned independently of the rest of the nozzle 8. Thanks to this design, central and intermediate inserts of different dimensions can be used for the same nozzle. The latter also ensures an initial separation of the gases, the oxygen-fuel gas mixture being formed directly in the nozzle before the lines of the inner and outer heating rings 40 and 50. On the other hand, the central insert 9 can be considered a wearing part and replaced regularly or, alternatively, easily replaced so that it can be easily cleaned when it becomes dirty. The fitting of this insert is extremely simple and is limited to unscrewing the nozzle, replacing the insert and refitting the nozzle in the combustion body.
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