Kurzdüse zum Brennschneiden oder Flämmen

Abstract

 Eine runde oder flache innenmischende Kurzdüse (1) zum Brennschneiden oder Flämmen von Werkstücken aus Stahl odgl. ist mit mindestens einem und vorzugsweise zwei symmetrisch zur Mittelachse angeordneten Ringen bzw. zur Mittelebene beidseitigen Reihen von Heizbohrungen versehen. Die Länge der Düse (1) ist im wesentlichen bestimmt durch die Länge des Heizsystems, das aus ringförmigen oder querverlaufenden Verteilerkanälen (3,4) besteht, von denen kurze Dosierbohrungen (6,10) zu den gerade ausreichend lang bemessenen Mischheizbohrungen (7,11) führen und die Ausbildung eines geeigneten Schneid- bzw. Fiämmsauerstoffstrahls durch großen Zuführquerschnitt (14), starke, plötzliche oder fast übergangslose Verengung auf einen Dosierquerschnitt (15), an den sich eine Erweiterung auf einen gewünschten Austrittsquerschnitt (16) anschließt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine runde oder flache Kurzdüse zum Brennschneiden oder Flämmen von Werkstücken aus Stahl odgl. mit mindestens einem, vorzugsweise zwei symmetrisch zur Mittelachse oder Mittelebene angeordneten Ringen bzw. beidseitigen Reihen von Heizbohrungen.

[0002] Es sind bereits Düsen verschiedener Art bekannt, bei denen eine mittige Schneidsauerstoffbohrung bzw. ein mittiger Schneidsauerstoffkanal vorgesehen ist und ringförmig darum herum Brenngas- und Heizsauerstoffbohrungen ..an.geordnet sind. An derartige Düsen werden die verschiedensten Anforderungen gestellt, denen bisher jedoch nur unbefriedigend entsprochen werden konnte. So ist beispielsweise bei einer Düse zum Schneiden eine hohe Schneidgeschwindigkeit bei einer kleinen Schneidfuge erwünscht. Die bekannten Düsen sind gewöhnlich nach der einen oder anderen Richtung hin optimiert oder auf bestimmte Betriebs-bedingungen ausgerichtet. Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Kurzdüse zum chemo-thermischen Bearbeiten von Stahl odgl. verfügbar zu machen, die bei einer optimalen Ausgestaltung des Heizsystems und des Sauerstoffkanals den Schneid-oder Brenn_- vorgang bei einer Einsparung von Material und des Gasverbrauchs verbessert und eine günstigere Fertigung erlaubt.

[0003] Die Erfindung besteht darin, daß die Länge der Düse im wesentlichen bestimmt ist durch die Länge des Heizsystems, bestehend aus ringförmigen Verteilerbohrungen bzw. querlaufenden Verteilerkanälen, aus kurzen, engen Dosierbohrungen und aus den gerade ausreichend lang bemessenen Mischheizbohrungen und durch die Ausbildung eines geeigneten Schneid- bzw. Flämmsauerstoffstrahls durch einen großen Zuführquerschnitt mit einer starken, plötzlichen oder fast übergangslosen Verengung auf einen Dosierquerschnitt von 1 bis 4 mm Durchmesser bzw. Höhe bei geringer Länge von weniger als 10 mm und einer anschließenden gleichmäßigen (Winkel β) oder mehrstufigen Erweiterung auf einen gewünschten Austrittsquerschnitt von 2 bis 6 mm.

[0004] Eine vorteilhafte Ausbildung besteht darin, daß mindestens ein Ring bzw. mindestens je Seite eine Reihe Heizmischbohrungen unter einem Winkel a zum Austrittsende schräg zur Schneidsauerstoffbohrung bzw. zum Flämm-sauerstoffkanal verläuft und daß bei der Anordnung von zwei Ringen Heizmischbohrungen bzw. je Seite zwei Reihen von Heizmischbohrungen der außenliegende Ring bzw. die außenliegenden Reihen schräg und'der innenliegende Ring bzw. die innenliegenden Reihen parallel zum Schneid- bzw. Flämmsauerstoffstrahl geführt sind.

[0005] In zweckmäßiger Weise ist vorgesehen, daß von den beiden ringförmigen Verteilerkanälen bzw. pro Seite querverlaufenden Verteilerkanälen für Heizgas und Heizsauerstoff Dosierbohrungen mit einem Dosierquerschnitt abgehen und in die Heizmischbohrungen mit einem Mischquerschnitt einmünden, während mit Hilfe eines Teilungsversatzes die eine Mischgaskomponente (Brenngas oder Sauerstoff) durch Verbindungsbohrungen mit einem Dosierquerschnitt der anderen Mischgaskomponenten in der Heizmischbohrung zugeführt wird, nahe der ihr eigenen, in Flucht liegenden Dosierbohrung , daß der äußere Ring oder die äußere von zwei Reihen am zugehörigen Verteilerringkanal oder VerteilerquerKanal mit Heizsauerstoff und der jeweils innere Verteilerringkanal bzw. Verteilerquerkanal Heizgas zuführt und daß die Dosierungs- und Verbindungsbohrungen zur innenliegenden Mischheizbohrung so aufeinander abgestimmt sind, daß ein Heizgasüberschuß bzw. ein Heizsauerstoffmangel besteht.

[0006] In vorteilhafter Weise verlaufen die außenliegenden Heizmischbohrungen unter einem Winkel von 4 bis 5° zur Düsenachse.

[0007] Die gesamte Länge des Düsengrundkörpers beträgt dabei ca. 30 mm.

[0008] Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Einzelheiten und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

[0009] Mit dieser Düse wird nicht nur eine bemerkenswert günstige Heizung, sondern auch eine verbesserte Stabilität des Heizstrahls erreicht. Das macht es zunächst möglich, daß ein hoher Düsenabstand gewählt werden kann, wodurch der Verschleiß verringert und die Lebensdauer der Düse wesentlich erhöht wird. Die Düse ermöglicht beim Schneidvorgang ein fliegendes Anschneiden bei einer kurzen Erwärmungszeit und eine hohe Schneidgeschwindigkeit. Das bedeutet nicht nur eine Zeitersparnis, sondern Zusatzmaßnahmen, wie Eisenpulver, Zündräder oder Vorheizbrenner, sind überflüssig, und bei der Düse ist auch die Kantenlage Kein Problem mehr. Beim Flämmen wird aufgrund der schnellen Anheizzeit eine wesentliche Erhöhung der Lebensdauer erreicht, da die Düse einer Wärmestrahlung beim Anheizen über eine längere Zeit nicht ausgesetzt ist,und der gesamte Flämmvorgang erfährt eine gute Unterstützung. Der stabile Gasstrahl bewirkt beim Flämmen eine sehr gute Oberfläche des Werkstücks und sorgt beim Brennschneiden für einen geringen Materialspalt bei einer, hohen Schneidgeschwindigkeit.

[0010] Die erfindungsgemäße Düse soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden, wobei gleiche Bezugszahlen sich auf entsprechende Teile bzw. Merkmale in den beiden Figuren beziehen.

[0011] In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Düse in ihrer Ausführungsform zum Brennschneiden, teilweise im Schnitt; und

Fig. 2 eine entsprechende Düse nach Fig. 1 in ihrer Ausführungsform zum Flämmen, ebenfalls teilweise im Schnitt.

[0012] In Fig. 1 ist eine Kurzdüse zum Schneiden dargestellt. In dem Düsenkörper 1, der eine Grundkörperlänge L von 30 cm aufweist, ist mittig eine Schneidsauerstoffbohrung 2 vorgesehen, die von parallel verlaufenden Mischbrenngasbohrungen 11 umgeben ist. Außerhalb der Mischbrenngasbohrungen 11 sind Mischheizsauerstoffbohrungen 7 angeordnet, die unter einem Winkel aC schräg zum Austrittsende der Mischbrenngasbohrungen 3 verlaufen und unmittelbar neben diesen austreten. Die Mischheizsauerstoffbohrungen 7 verlaufen unter einem Winkel von 4 bis 5° zur Düsenachse. Die Mischheizsauerstoffbohrungen 7 weisen einen ringförmigen Verteilerkanal 4 auf, in den eine Heizsauerstoffzuführung 5 einmündet, die nicht näher dargestellt ist. Vom Heizsauerstoff verteilerkanal 4 gehen Heizsauerstoffdosierbohrungen 6 ab, die in die eigentliche Heizsauerstoffmischbohrung 7 einmünden. Die Heizsauerstoffdosierbohrung 6 hat einen Durchmesser von etwa 1 mm, während die Heizsauerstoffmischbohrung einen Durchmesser von 2,3 mm aufweist. Für das Brenngas ist ein ringförmiger Brenngasverteilerkanal 3 vorgesehen, in den eine nicht näher dargestellte Brenngaszuführung 8 einmündet. Von dem Brenngasverteilerkanal 3 verläuft eine Brenngasverbindungsbohrung 9 schräg zur Heizsauerstoffmischbohrung 7 und mündet in diese am oberen Ende ein. Diese Brenngasverbindungsbohrung 9 weist einen Durchmesser von ebenfalls 1 mm auf.

[0013] In die ringförmigen Brenngasverteilerkanäle 3 münden nicht näher dargestellte Brenngaszuführungen 8. Somit kann von den Brenngasverteilerkanälen 3 durch Brenngasdosierbohrungen 10 Brenngas in die Brenngasmischbohrungen 11 gelangen. Die Brenngasdosierungsbohrungen 10 haben einen Durchmesser von 1,3 mm. Die Brenngasmischbohrung 11 weist dagegen einen Durchmesser von 2,3 mm auf, wie die Heizsauerstoffmischbohrung. Von dem Heizsauerstoffverteilerkanal 4 verläuft eine Heizsauerstoffverbindungsbohrung 12 zur Brenngasmischbohrung 11. Dabei weist die Heizsauerstoffverbindungsbohrung 12 einen Dosierabschnitt 13 mit verringertem Querschnitt auf, der etwa 0,5 mm beträgt. Somit erfolgt eine wechselseitige Zuführung von Heizsauerstoff zur Brenngasmischbohrung und von Brenngas zur Heizsauerstoffmischbohrung, wobei neben der eigentlichen Nachvermischung nach dem Austritt aus der Heizsauerstoffmischbohrung 7 und der Brenngasmischbohrung 11 eine in bestimmter Weise dosierte Vorvermischung erfolgt, indem dem Brenngas durch die Heizsauerstoffverbindungsbohrung 12 geringe Mengen an Heizsauerstoff zugeführt werden, während über die Brenngasverbindungsbohrung 9 auch dem Heizsauerstoff Brenngas in die Heizsauerstoffmischbohrung 7 zugeführt wird. Konstruktiv wird das dadurch erreicht, daß durch einen Teilungsversatz die Sauerstoffverbindungsbohrung 12, 13 und die Brenngasverbindungsbohrung 9. in der Sicht nach Fig. 1 hintereinander liegen.

[0014] Die Schneidsauerstoffbohrung 2 besteht aus einem Eingangsabschnitt 14, einem verengten Mittelabschnitt 15 und einem sich konisch erweiternden Ausgangsabschnitt 16. Der Eingangsabschnitt 14 der Schneidsauerstoffbohrung 2 besitzt einen Durchmesser von 5 mm, während der sich anschließende verengte Mittelabschnitt einen Durchmesser von 2,6 bis 3,25 mm aufweist. Der Ausgangsabschnitt 16 der Schneidsauerstoffbohrung 2 hat einen Austrittsdurchmesser von 4,3 mm, wobei sich die Austrittsbohrung unter einem Winkel /3 zur Mittelachse des Düsenkörpers von 7° erweitert.

[0015] Die so gestaltete Düse zum Brennschneiden erreicht bei einer sehr hohen Schneidgeschwindigkeit eine optimal kleine Schneidfuge. Durch die geünstige Wärmeentwicklung, die auch eine hohe Schneidgeschwindigkeit ermöglicht, wird ein optimaler Schlackenablauf ermöglicht, so daß sich nur vergleichsweise kleine Schlackenbärte ausbilden, wie auch die gesamte Schneidoberfläche wesentlich verbessert ist. Indem der Düsenabstand von den bisher üblichen 60 mm auf 120 mm vergrößert werden konnte, wird die Lebensdauer der Düsen wesentlich verlängert. Andererseits ist ein schneller Düsenwechsel möglich und somit eine einfache Wartung gegeben. Die Düse, deren Grundkörperlänge L des Düsenkörpers 30 mm bet.rägt, erfordert einen verhältnismäßig geringen Materialaufwand und ist auch von daher als kostengünstig anzusehen. Die Düse zeichnet sich aus durch einen geringen Lärm und auch einen geringen Verbrauch. Beim Betrieb mit Propan bei einem Druck von 0,6 bar und einem Heisauerstoff von 2,6 bar konnten optimale Ergebnisse erzielt werden. Indem diese vielseitigen Vorteile mit einer Düse erzielt werden, die trotz großer Schneidgeschwindigkeit geringe Schnittfugen verursacht, so daß eine erhebliche Materialersparnis gegeben ist, macht die Erfindung eine Düse mit einmaliger Optimierung der verschiedensten Anforderungen, die heute beim Brennschneiden gestellt werden, verfügbar. Die Betriebsdrücke betragen 10 bis 16 bar für den Schneidsauerstoff, etwa 2,5 bar für Heizsauerstoff und 0,6 bar für das Brenngas Propan.

[0016] In Fig. 2 ist eine Kurzdüse zum Flämmen dargestellt, die in ihrem prinzipiellen Aufbau-der Düse nach Fig. 1 entspricht, wie aus den entsprechenden Bezugszahlen zu entnehmen ist. Auf dem Düsengrundkörper 1' ist auf der dem Austrittsende gegenüberliegenden Seite eine Verschlußplatte 20 montiert durch Hartlöten oder in anderer geeigneter Weise. Zur Unterstützung kann an dem Grundkörper 1' noch ein Ring 21 befestigt sein, an dem die Verschlußplatte 20 mit zur Auflage kommen kann. In der Mitte ist ein schlitzförmiger Sauerstoffkanal 2 ausgebildet, der senkrecht zur Zeichenebene verläuft und einen Eingangsabschnitt 14' aufweist, der in einen verengten Mittelabschnitt 15' übergeht und an den sich ein konisch sich erweiternder Ausgangsabschnitt 16' anschließt. Dieser Ausgangsabschnitt kann auch stufenweise erweitert ausgebildet sein. Der Eingangsabschnitt 14' wird von der Abdeckplatte 20 nicht erfaßt, so daß für eine nicht dargestellte Flämmsauerstoffzuführung der Eingangsabschnitt 14 zugänglich ist. Die Eingangsplatte 20 weist mehrere Brenngaszuführungen 8' auf, durch die Brenngas in die querverlaufenden Brenngasverteilerkanäle 3' gelangen kann. Von diesen gehen Brenngasdosierungsbohrungen 10' in die Brenngasmischbohrungen 11', und in entsprechender Weise gelangt durch die Heizsauerstoffbohrungen 9' in der Platte 20 Heizsauerstoff in die querverlaufende Heizsauerstoffverteilerkanäle 4' und durch Heizsauerstoffdosierungsbohrungen 6' in die Heizsauerstoffmischbohrungen 7'. Durch eine Brenngasverbindungsbohrung 9', die vom Brenngasverteilerkanal 3' in die Heizsauerstoffmischbohrung 7' führt, gelangt in dosierter Weise Brenngas in die Heizsauerstoffmischbohrung, während die Heizsauerstoffverbindungsbohrung 12' Heizsauerstoff von dem Heizsauerstoff verteilerkanal 4' der Brenngasmischbohrung 11' zuführt. Damit ist für eine Kurzdüse zum Flämmen der gleiche prinzipielle Aufbau gegeben und auch eine entsprechende Funktion gewährleistet. Der Düsengrundkörper 1' weist ebenfalls eine Länge L von ca. 30 mm auf.

[0017] Bei einer Kurzdüse zum Flämmen wurden vorteilhafte Ergebnisse mit einem Flämmsauerstoffkanal 2' erzielt, dessen Eingangsabschnitt 14' aus einem Kanal von 3 bis 6 mm Höhe bestand, wobei der verengte Mittelabschnitt 15' einen Spalt von 2 bis 4 mm Höhe aufwies, während der Austrittsspalt des Ausgangsabschnittes 16' 3 bis 5 mm betrug.

[0018] Mit einer derartig gestalteten Düse konnten wesentlich verbesserte Ergebnisse beim Flämmen erzielt werden, wobei - wie eingangs erwähnt - insbesondere die kurze Anheizzeit und die verbesserte Oberfläche des Werkstückes hervorzuheben sind.

Ansprüche

1. Runde oder flache Kurzdüse zum Brennschneiden oder Flämmen von Werkstücken aus Stahl odgl. mit mindestens einem, vorzugsweise zwei symmetrisch zur Mittelachse oder Mittelebene angeordneten Ringen bzw. beidseitigen Reihen von Heizbohrungen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Länge der Düse (1!)im wesentlichen bestimmt ist durch die Länge des Heizsystems, bestehend aus ringförmigen Verteilerbohrungen (3, 4) bzw. querlaufenden Verteil lerkanälen (3', 4'), aus kurzen, engen Dosierbohrungen (6, 10; 6', 10') und aus den gerade ausreichend lang bemessenen Mischheizbohrungen (7, 11; 7', 11') und durch die Ausbildung eines geeigneten Schneid- bzw. Flämmsauerstoffstrahls durch einen großen Zuführquerschnitt (14;14') mit einer starken, plötzlichen oder fast übergangslosen Verengung auf einen Dosierquerschnitt (15; 15') von 1 bis 4 mm Durchmesser bzw. Höhe bei geringer Länge von weniger als 10 mm und einer anschließenden gleichmäßigen (Winkel β) oder mehrstufigen Erweiterung (16; 16') auf einen gewünschten Austrittsquerschnitt von 2 bis 6 mm.

2. Kurzdüse nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ring bzw. mindestens je Seite eine Reihe Heizmischbohrungen (7 bzw. 7') unter einem Winkel ( α) zum Austrittsende schräg zur Schneidsauerstoffbohrung (14, 15, 16) bzw. zum Flämmsauerstoffkanal (14', 15', 16') verläuft und daß bei der Anordnung von zwei Ringen Heizmischbohrungen (7, 11) bzw. je Seite zwei Reihen von Heizmischbohrungen (7', 11') der außenliegende Ring (7) bzw. die außenliegenden Reihen (7') schräg und der innenliegende Ring (11) bzw. die innenliegenden Reihen (11') parallel zum Schneid- bzw. Flämmsauerstoffstrahl geführt sind.

3. Kurzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den beiden ringförmigen Verteilerkanälen (3, 4) bzw. pro Seite querverlaufenden Verteilerkanälen (3', 4') für Heizgas und Heizsauerstoff Dosierbohrungen (10 bzw. 6; 10' bzw. 6') mit einem Dosierquerschnitt abgehen und in die Heizmischbohrungen (7, 11 bzw. 7', 11') mit einem Mischquerschnitt einmünden, während mit Hilfe eines Teilungsversatzes die eine Mischgaskomponente (Brenngas oder Sauerstoff) durch Verbindungsbohrungen (9, 12) mit einem Dosierquerschnitt (9, 13; 9', 12') der anderen Mischgaskomponente in der Heizmischbohrung (7, 11; 7', 11') zugeführt wird, nahe der ihr eigenen,in Flucht liegenden Dosierbohrung (6, 10; 6', 10'), daß der äußere Ring oder die äußere von zwei Reihen am zugehörigen Verteilerringkanal (4) oder Verteilerquerkanal (4') mit Heizsauerstoff und der jeweils innere Verteilerringkanal (3) bzw. Verteilerquerkanal (3') Heizgas zuführt und daß die Dosierungs- und Verbindungsbohrungen (10, 12, 13; 10', 12') zur innenliegenden Mischheizbohrung (11; 11') so aufeinander abgestimmt sind, daß ein Heizgasüberschuß bzw. ein Heizsauerstoffmangel besteht.

4. Kurzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die außenliegenden Miscnheizbohrungen (7; 7') unter einem Winkel ( a) von 4 bis 5° zur Düsenachse verlaufen.

5. Kurzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Heizsauerstoffdosierungsbohrung (6; 6') einen Durchmesser von ca. 1 mm aufweist.

6. Kurzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Heizmischbohrungen (7, 11 ; 7¹, 11') einen Durchmesser von 2,3 mm aufweisen.

7. Kurzdüse nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Brenngasverteilerkanal (3; 3') eine Heizgasverbindungsbohrung (9) schräg zur äußeren Mischheizbohrung (7) verläuft und einen Durchmesser von ca.1 mm aufweist.

8. Kurzdüse nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Brenngasverteilungskanal (3; 3') abgehende Brenngasdosierungsbohrung (10; 10') einen Durchmesser von ca. 1,3 mm aufweist.

. 9. Kurzdüse nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Heizsauerstoffkanal (4; 4') abgehende Heizsauerstoffverbindungsbohrung (12; 12') einen Bohrungsabschnitt (13) aufweist, der einen Dosierungsdurchmesser von 0,5 mm.besitzt.

10. Kurzdüse nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidsauerstoffbohrung (2) bzw. der Flämmsauerstoffkanal (2') einen Eingangsabschnitt (14; 14') , einen verengten Mittelabschnitt (15; 15') und einen sich konisch erweiternden Ausgangsabschnitt (16; 16') aufweist.

11. Kurzdüse nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidsauerstoffbohrung (2) einen Eintrittsabschnitt (14) von ca. 5 mm Durchmesser, einen sich anschließend verengten Mittelabschnitt (15) von 1,8 bis 2,6 mm Durchmesser und eine sich konisch erweiternde Austrittsbohrung (16) aufweist und daß der Austrittsdurchmesser der Schneidsauerstoffaustrittsbohrung 4,3 mm beträgt.

12. Kurzdüse nach einem der Ansprüch 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß der Flämmsauerstoffkanal (2') einen Eintrittsabschnitt (14') von 3 bis 6 mm Höhe aufweist, einen verengten Mittelabschnitt (15') mit einer Spalthöhe von 2 bis 4 mm und einen sich konisch erweiternden Austrittsabschnitt (16') mit einem Austrittsspalt von 3 bis 5 mm.

13. Kurzdüse nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsabschnitt (17; 17') der Sauerstoffbohrung bzw. des Sauerstoffspalts sich unter einem Winkel ( β) von etwa 7° zur Düsenachse erweitert.

14. Kurzdüse nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsengrundkörperlänge (L) ca. 30 mm beträgt.

15. Kurzdüse nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Querkanäle (3', 4') von einer Zuführbohrungen (5', 8') enthaltenden Verteilerplatte (20) abgeschlossen sind.

Zeichnung