[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen oder partiellen Erwärmen von Metallwerkstücken
durch mit Brenngas-Sauerstoff-Gemischen gespeisten Mehrflammenbrenner sowie einen
Mehrflammenbrenner zur Durchführung des Verfahrens.
[0002] Es ist bekannt, daß der Erwärmungsvorgang, für den meist sogenannte Vormischbrenner
eingesetzt werden, in Abhängigkeit der Werkstücktemperatur oder der Anwärmzeit gesteuert
wird, um einerseits eine-kurze Anwärmzeit zu erzielen und andererseits ein überhitzen
der Werkstückoberfläche zu vermeiden (z.B. Verfahren der-Autogentechnik, Deutscher
Verlag für Schweißtechnik.GmbH, Düsseldorf, 1973, Kapitel 15 - Flammwärmen). Der Wärmeübergang
auf das Metallwerkstück kann dabei durch Variation verschiedener Parameter beeinflußt
werden: Z.B. durch Ändern der Gasdurchsätze, des Brennerabstandes von Werkstück, der
Gemischzusammensetzung oder durch Zu- oder Abschalten einzelner Brenner.
[0003] Die bekannte und an sich in bezug auf Wärmeübergang günstigere Bauart von Acetylen-Wärmebrennern,
die Vormischbrenner haben den Nachteil, daß sie zum Rückzünden neigen, wenn das Mischungsverhältnis
das Maximum der Zündgeschwindigkeit liefert und wenn die Gasdurchsätze zu stark reduziert
werden. Rückzündungen können dabei leicht zur Zerstörung eines Brenners führen. Der
Brennerabstand als variable Größe bedingt keine Gaseinsparung. Da der Gaspreis von
Acetylen etwa 10 mal höher liegt als der von Sauerstoff, sind sauerstoffreichere Flammen
wirtschaftlicher. Diese verursachen jedoch eine Verzunderung an der Oberfläche.
[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Anwärmprozesse unter Verwendung
von Mehrflammenbrennern wirtschaftlich zu optimieren, d.h. eine Verkürzung der Anwärmungszeit,
Einsparungen an Gaskosten und Vermeidung des Verzunderns an der Werkstückoberfläche
zu erreichen.
[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei Arten von Flammgasen
A, B verwendet werden, und daß das Flammgas A in einem Mischungsverhältnis kleiner
der Zündgeschwindigkeit und das Flammgas B in einem Mischungsverhältnis größer der
Zündgeschwindigkeit eingesetzt werden.
[0006] Untersuchungen haben ergeben,.daß bei Verwendung von zwei Arten von Einzelflammen,
die bei einem Mehrflammenbrenner angeordnet sind, die obengenannten Nachteile überwunden
werden können.
[0007] In zweckmäßiger Ausbildung des erfindunsgemäßen Verfahrens werden die Flammgase A
und B einer Außenmischung unterworfen. Mit dieser Verfahrensweise wird ein rückzündsicheres
Verhalten des Brenners garantiert, da keine Einzelflamme mit dem Mischungsverhältnis
der maximalen Zündgeschwindigkeit gespeist wird, aber durch Außenmischung dieses für
den Wärmeübergang günstige Verhältnis erzielt wird.
[0008] In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß die Flammgase
A und B während eines Anwärmungsvorganges mit unterschiedlicher Brenndauer verwendet
werden.
Insb
eson- dere ist es von Vorteil, wenn die Zufuhr von Flammgas
B nach Erreichen eines vorgegebenen Temperaturwertes abgeschaltet wird. Somit wird
in einer ersten Anwärmphase eine maximale Wärmeleistung und damit schnelle Anwärmung
bei hohem Einsatz von Sauerstoff erreicht. Während der dabei noch nicht sehr hohen
Temperaturen tritt keine oder zumindest keine so starke Verzunderung auf. In einer
zweiten Anwärmphase wird dann nur noch mit dem Flammgas A gearbeitet, wobei durch
das entsprechend eingestellte Mischungsverhältnis eine Verzunderung vermieden wird.
Gleichzeitig erfolgt bei reduzierter Wärmeleistung eine Durchwärmung des Werkstückes
und eine langsame Temperaturerhöhung. Insgesamt ergibt sich mit dieser Arbeitsweise
eine Gaseinsparung.
[0009] Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit allen Arten von Brenngasen durchgeführt werden,
z.B. Acetylen, Propan, Butan, Erdgas. Beispielhaft sei es jedoch für Acetylen angegeben.
Die Ergebnisse sind für andere Brenngase bzw. Brenngasgemische ähnlich. Bei Verwendung
von Acetylen als Brenngas hat es sich als geeignet erwiesen, wenn das Flammgas A in
einem Mischungsverhältnis zwischen 1,1 und 1,6 0
2 / C
2H
2, bevorzugt 1,3 0
2 / C
ZH
2 und das Flammgas B in einem Mischungsverhältnis zwischen 1,6 und 2,5 0
2 / C
2H
2, bevorzugt 2,0 0
2 / C
2H
2 eingesetzt werden. Die Einzelflammen werden damit nicht mit dem Mischungsverhältnis
der maximalen Zündgeschwindigkeit gespeist, so daß auch die hierbei auftretenden Nachteile
nicht wirksam werden können. Durch die Außenmischung kann jedoch, wie bereits erwähnt,
das für den Wärmeübergang günstige Mischungsverhältnis der maximalen Zündgeschwindigkeit
erzielt werden, wobei die Außenmischung in bekannter Weise z.B. von dem Werkstoff
oder dem Druck abhängt.
[0010] Die Erfindung bezieht sich überdies auf einen Mehrflammenbrenner, der dadurch gekennzeichnet
ist, daß Austrittskanäle für die Flammgase
A,
B in mindestens drei parallelen Reihen angeordnet sind und daß das Flammgas A in den
äußeren Reihen und das Flammgas B in der inneren Reihe der Kanäle austritt.
[0011] Weiterhin kann der Mehrflammenbrenner mit einer Steuereinrichtung zur Einstellung
der erforderlichen Mischungsverhält. nisse in Verbindung stehen, wobei Versorgungsleitungen
für das Flammgas A bzw. für das Flammgas B an die Steuereinrichtung angeschlossen
sind. Als Steuergrößen für die gewünschten Mischungsverhältnisse werden dabei zweckmäßig
die Temperatur und die Zeit verwendet.
[0012] Im folgenden sei das erfindungsgemäße Verfahren anhand von in vier Figuren schematisch
dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
[0013] Es zeigen:
Figur 1 die Stirnfläche eines Mehrflammenbrenners
Figur 2 eine Anordnung mit einem Mehrflammenbrenner
Figur 3 ein Zeit/Temperatur-Diagramm zur Erläuterung der beiden Anwärmphasen und
Figur 4 eine Anordnung mit zwei Mehrflammenbrennern.
[0014] Figur 1 zeigt die Stirnfläche eines Mehrflammenbrenners 1, bei dem in drei parallelen
Reihen Austrittskanäle 2 für ein Flammgas A bzw. Austrittskanäle 3 für ein Flammgas
B angeordnet sind.
[0015] Gemäß Figur 2 wird die Versorgung des Mehrflammenbrenners 1 mit dem Brenngas-Sauerstoff-Gemisch
gezeigt. Einer Steuereinrichtung 4 wird Sauerstoff und als Brenngas zum Beispiel Acetylen
zugeführt und in Abhängigkeit von den Steuergrößen
Temperatur/Zeit gemischt. Dabei entsteht ein Flammgas A, das z.B. ein Mischungsverhältnis
von 1,3 0
2 / C
2H
2 aufweist und über eine Versorgungsleitung 5 in den Brenner eingespeist wird, um dort
über die Kanäle 2 auszutreten. Weiterhin entsteht ein Flammgas B mit einem Mischungsverhältnis
von 2,0
02 / C
ZH
2, das über eine Versorgungsleitung 6 in den Brenner eingespeist wird und über die
mittleren Kanäle 3 austritt. Die dargestellten Flammen A und B werden durch Außenmischung
derart eingestellt, daß sie in dem für den Wärmeübergang auf ein Metallwerkstück 7
günstigsten Verhältnis das Werkstück erwärmen.
[0016] Der Erwärmungsvorgang wird dabei gemäß dem in Figur 3 dargestellten Diagramm (Abszisse:
Zeit, Ordinate: Temperatur) in zwei Phasen aufgeteilt. Während einer ersten Phase
wird der Mehrflammenbrenner mit Flammgas A und Flammgas B gespeist. Auf diese Weise
wird eine maximale Wärmeleistung und damit schnelle Erwärmung erreicht. Der hohe Einsatz
von Sauerstoff ist günstig, da Sauerstoff billiger ist als Acetylen. In dem unteren
Temperaturbereich tritt dabei noch keine oder noch keine so starke Verzunderung auf.
[0017] Während einer zweiten Phase wird die Zufuhr von Flammgas B abgeschaltet, so daß der
Mehrflammenbrenner nur mit Flammgas A gespeist wird. Die zur Verfügung stehende reduzierte
Wärmeleistung reicht für die Durchwärmung des Werkstückes und eine langsame Temperaturerhöhung
aus. Dabei erfolgt eine Einsparung an Gasen und Verzunderung wird vermieden, da das
Flammgas A mit entsprechendem Mischungsverhältnis eingestellt ist. Im allgemeinen
ist Phase 1 des Anwärmungsvorganges kürzer als Phase 2, doch können je nach Anwendungsfall
beide Phasen auch gleichlang sein. Die Abschaltung von Flammgas B erfolgt nach Erreichen
einer bestimmten Temperatur.
[0018] Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Mehrflammenbrenner 8, 9 parallel
geschaltet sind. Sauerstoff wird über eine Leitung 10, Acetylen über eine Leitung
11 und \ Kühlwasser über eine Leitung 12 zugeführt. Die Spannungsversorgung erfolgt
über eine elektrische Leitung 17. In den Leitungen 10, 11, 12 sind Druckwächter 13,
14, 15, 16 angeordnet. Der Druckwächter 13 für Sauerstoff spricht auf minimal 2,5
bar, der Druckwächter 14 für Acetylen auf minimal 0,5 bar, der Druckwächter 15 für
Kühlwasser auf minimal 2,0 bar und der Druckwächter 16 für Kühlwasser auf maximal
0,5 bar an. In Leitung 10 und in einer Stichleitung 18 sind außerdem Druckregler 19,
20 für Sauerstoff angeordnet, diebr de auf maximal 5,0 bar ansprechen. Über magnetisch
gesteuerte Ventile 21 bis 24 (21,24 Ventile für Acetylen, 22,23 Ventile für Sauerstoff)
kann mittels einer Zeitschaltuhr 25 durch entsprechende Signale auf die Magnetventile
das Mischungsverhältnis für die Flammgase A bzw. B eingestellt werden. Dabei wird
aus einer Stichleitung 26 Acetylen zur Erzeugung des Flammgases A mit Sauerstoff in
Leitung 18 vermischt, Acetylen aus Stichleitung 27 mit Sauerstoff aus Leitung 10 zur
Erzeugung eines Flammgases B für den Mehrflammenbrenner 8 sowie entsprechend Acetylen
aus Stichleitung 28 mit Sauerstoff aus Stichleitung 29 zur Erzeugung des Flammgases
A und Acetylen aus Stichleitung 30 mit Sauerstoff aus Stichleitung 31 zur Erzeugung
des Flammgases B für den Mehrflammenbrenner 9 vermischt. Die Flammencharakteristiken
A und B sind dabei symbolisch angedeutet. Über Leitung 11 wird außerdem eine Zündflamme
32 gespeist. Die Zündüberwachung erfolgt über 33.
[0019] Nach Erreichen einer vorgegebenen Temperatur des Werkstückes bzw. nach Ablauf einer
bestimmten Zeitspanne wird über die Zeitschalter 25 das Flammgas B des Mehrflammenbrenners
8 bzw. 9 abgeschaltet, so daß die weitere Temperaturerhöhung langsam mit Flammgas
A erfolgt.
1. Verfahren zum Erwärmen oder partiellen Erwärmen von Metallwerkstücken durch mit
Brenngas-Sauerstoff-Gemischen gespeisten Mehrflammenbrenner, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Arten von Flammgasen . A, B verwendet werden und daß das Flammengas A in
einem Mischungsverhältnis kleiner der Zündgeschwindigkeit und das Flammgas B in einem
Mischungsverhältnis größer der Zündgeschwindigkeit eingesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammgase A und B einer
Außenmischung unterworfen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammgase A und
B während eines Erwärmungsvorganges mit unterschiedlicher Brenndauer verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr von Flammgas
B nach Erreichen eines vorgegebenen Temperaturwertes abgeschaltet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 unter Verwendung von Acetylen als Brenngas
dadurch gekennzeichnet, daß das Flammgas
A in einem Mischungsverhältnis zwischen 1, 1 und

bevorzugt

und das Flammgas B in einem Mischungsverhältnis zwischen 1,6 und 2,5

bevorzugt

eingesetzt werden.
6. Mehrflammenbrenner zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß Austrittskanäle für die Flammgase A, B in mindestens
drei parallelen Reihen angeordnet sind und daß das Flammgas A in den äußeren Reihen
und das Flammgas B in der inneren Reihe der Kanäle austritt.
7. Mehrflammenbrenner nach Anspruch 6 gekennzeichnet durch eine automatische Steuereinrichtung
zur Einstellung der erforderlichen Mischungsverhältnisse sowie einer mit der Steuereinrichtung
verbundenen Versorgungsleitung für das Flammgas A und einer Versorgungsleitung für
das Flammgas B.