| Ansprüche Düse (1) zum Schneiden von Stahlwerkstücken und Werkstücken aus Eisenlegierungen, aufweisend einen Düsenkörper (2) mit einer axialen Schneidsauerstoff ohrung (5) und einem topfartigen zylindrischen Freiraum (7) an der die Schneidflamme (10) bildenden Austritts¬ fläche (8) der Düse (1), einer Mehrzahl von Heizsauerstoffbohrungen (11) und Heizgasbohrungen (13), die in konzentri¬ schen Kreisen um die axiale Bohrung (5) ange¬ ordnet sind, und gegebenenfalls einem Sechskant (3) zum Ver- schrauben der Düse (1) an einem Schneidbrenner, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Anzahl von in zumindest einem konzentrischen Kreis um die axiale Bohrung (5) angeordneten Kühlsauerstoffboh- rungen (15) vorgesehen sind, die von der Eintritt¬ seite (6) des Düsenkörpers (2) hin zur Austrittsflä¬ che (8) der Düse (1) verlaufen und außerhalb des topfartigen zylindrischen Freiraums (7) münden. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei um die axiale Bohrung (5) angeordne te Kühlsauerstoffbohrungen (15) vorgesehen sind. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlsauerstoffbohrungen (15) von der Eintritt¬ seite (6) zur Austrittsfläche (8) des Düsenkörpers (2) nach außen weg von der Längsachse (19) geneigt sind . Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizsauerstoffbohrungen (11) unter einem Winkel von mindestens 1°, bezogen auf die Längsachse (19) des Düsenkörpers (2), von der Eintrittseite (6) zur Austrittsfläche (8) des Düsenkörpers (2) geneigt sind . Düse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizsauerstoffbohrungen (11) unter einem Winkel von mindestens 1°, bezogen auf die Längsachse (18) des Düsenkörpers (2), von der Eintrittseite (6) zur Austrittsfläche (8) des Düsenkörpers (2) nach außen weg von der Längsachse (19) geneigt sind. Düse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizsauerstoffbohrungen unter einem Winkel von mindestens 1°, bezogen auf die Längsachse (19) des Düsenkörpers (2), von der Eintrittseite (6) zur Aus¬ trittsfläche (8) des Düsenkörpers (2) nach innen hin zur Längsachse (19) geneigt sind. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ringnut (16) für die Heizsauerstoffbohrungen (11) und/oder eine Ringnut (18) für die Heizgasboh¬ rungen (13) an der Bodenfläche (17) des topfartigen zylindrischen Freiraums (7) ausgebildet ist. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (2) einstückig ausgebildet ist. 9. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsfläche (8) und der topfartige zylindri¬ sche Freiraum (7) unmittelbar vom Sechskant (3) de¬ finiert uns begrenzt sind. |
und Werkstücken aus Eisenlegierungen
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Düse zum Schneiden von Stahlwerkstücken und Werkstücken aus Eisenlegierun- gen, aufweisend einen Düsenkörper mit,
einer axialen Schneidsauerstoffbohrung und einem topfartigen zylindrischen Freiraum an der die
Schneidflamme bildenden Austrittsfläche der Düse, einer Mehrzahl von Heizsauerstoffbohrungen und Heiz- gasbohrungen, die in konzentrischen Kreisen um die axiale Bohrung angeordnet sind, und
gegebenenfalls einem Sechskant zum Verschrauben der Düse an einem Schneidbrenner. Sauerstoffgas-Schneidbrenner sind zum Schneiden von
Stahlwerkstücken und Werkstücken aus Eisenlegierungen vorgesehen. Damit werden beispielsweise Blöcke und Bram ¬ men effektiv geschnitten. Dabei wird die aus einem Strahl von Sauerstoff und Schneidgas entzündete Flamme des
Schneidgasbrenners auf die Oberfläche des zu schneidenden Metalls gelenkt. Das Metall wird dadurch auf dessen Zünd ¬ temperatur erhitzt, wobei ein Strahl von Schneidsauer ¬ stoff das erhitzte Metall oxidiert, um den Schnitt zu be ¬ wirken. Dabei fängt das Werkstück an zu brennen und bil- det eine Fuge, die sich zu einem Schnitt verlängert, wenn der Strahl weiterläuft. Da dabei noch Wärme entsteht, wird dieses Schneidbrennen als autogen bezeichnet, d.h. es erfolgt eine weitere Vorheizung der nächsten Stahl ¬ schichten der zu schneidenden Stelle aus der Temperatur, die aus dem verbrennenden Stahl gewonnen wird. Es werden prinzipiell vormischende (premixed) oder nach ¬ mischende (postmixed) Düsen bzw. Brenner unterschieden. Bei vormischenden Düsen werden Heizsauerstoff und Heizgas innerhalb des Brennerkopfes gemischt bevor es zum Zünden ausströmt. In einem nachmischenden Schneidbrenner werden der Heizsauerstoff und das Heizgas aus dem Brenner in ei ¬ nem ungemischten Strom ausgegeben. Durch Turbulenzen wer ¬ den die Ströme miteinander vermischt bevor eine Zündung erfolgt . Aus der US 6,277,323 Bl und der CA 2,109,772 C sind soge ¬ nannte nachmischende Schneiddüsen für eine Schneidbrenn ¬ einrichtung bekannt, bei denen eine Mischung der Medien Heizsauerstoff, Heizgas und Schneidsauerstoff ausschließ ¬ lich am Austrittsbereich der Flamme erfolgt. Die Düse wird von einer Haltemutter umfasst, welche die Düse um ¬ gibt und mit dem Schneidbrenner verbunden wird. Die Düse weist eine axiale Bohrung zum Ausströmen von Schneidsau ¬ erstoff eines Schneidbrenners auf. Des Weiteren ist eine Mehrzahl von Heizgasbohrungen vorgesehen, die in einem inneren konzentrischen Kreis um die axiale Bohrung ange ¬ ordnet sind. Weiterhin umfasst die Düse eine Mehrzahl von Heizsauerstoffbohrungen, die in einem äußeren konzentri ¬ schen Kreis um die axiale Bohrung angeordnet sind. Jede der Bohrungen, nämlich die axiale Bohrung, die Heizgas- bohrungen und die Heizsauerstoffbohrungen, münden in Aus ¬ strömöffnungen an einem Ausströmende, das in einen zy- lindrischen Freiraum innerhalb der Haltemutter übergeht, in welchem die Schneidflamme gebildet wird.
Bei dieser Düse handelt es sich also um eine außenmi- sehende - auch „postmixing" genannt" - Düse, d.h. es er ¬ folgt keine Mischung der Medien innerhalb der Düse. Dar ¬ über hinaus ist die Düse wegen der zusätzlichen Haltemut ¬ ter mehrteilig ausgebildet, so das diese teuer und auf ¬ wändig herzustellen ist. Darüber hinaus können sich am Austrittsbereich der Flamme im zylindrischen Freiraum in ¬ nerhalb der Haltemutter Verunreinigungen, wie Schlacke-, Staub- und Schmutzpartikel, ansammeln und in die Düse eindringen . Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Düse der eingangs ge ¬ nannten Art zu schaffen, die preiswert herstellbar ist und dabei weitgehend gegen Verunreinigungen geschützt wird und einen höheren Wirkungsgrad beim Schneidbrennen von Werkstücken aus Stahl- und Eisenlegierungen erzielt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zu ¬ sätzlich eine Anzahl von in zumindest einem konzentri ¬ schen Kreis um die axiale Bohrung angeordneten Kühlsauer ¬ stoffbohrungen vorgesehen sind, die von der Eintrittseite des Düsenkörpers hin zur Austrittsfläche der Düse verlau ¬ fen und außerhalb des topfartigen zylindrischen Freiraums münden .
Somit sind die Kühlsauerstoffbohrungen von der Eintritt ¬ seite zur Austrittsfläche des Düsenkörpers nach außen weg von der Längsachse geneigt. Bei der erfindungsgemäßen Düse sind wenigstens zwei um die axiale Bohrung angeordnete Kühlsauerstoff ohrungen vorgesehen, wobei die Anzahl und der Durchmesser der Kühlsauerstoffbohrungen variabel gestaltet werden kann.
Die Kühlsauerstoffbohrungen kühlen während des Ansaugens von reinem Sauerstoff aus der Versorgungseinheit bzw. dem Brenner den Düsenkörper und bilden an der Austrittsfläche der Düse einen LuftSchleier, der zeltartig die Schneid- flamme umgibt. Dieser Luftschleier schützt die Austritts ¬ fläche vor Verschmutzung durch sich beim Brennschneiden bildende Schmutzpartikel. Diese werden vom Luftschleier des austretenden Kühlsauerstoffs von der Austrittsfläche der Düse weggeblasen. Der Luftschleier verhindert somit durch seine Kühlwirkung ein Ankleben der Schmutzpartikel. Bei der Düse handelt es sich um eine außenmischende Düse.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Düse sind die Heiz ¬ sauerstoffbohrungen unter einem Winkel von mindestens 1°, bezogen auf die Längsachse des Düsenkörpers, von der Ein ¬ trittseite zur Austrittsfläche des Düsenkörpers geneigt. Dadurch werden auch Flammenabrisse und Flammenunterbre ¬ chungen („Flackern") vermieden. Zusätzlich können wegen des in Drehung befindlichen LuftSchleiers keine Verunrei- nigungen, wie Staub- und Schmutzpartikel in die Düse ein ¬ dringen .
Weiterhin ist als konstruktive Maßnahme vorgesehen, dass die Heizsauerstoffbohrungen unter einem Winkel von min- destens 1°, bezogen auf die Längsachse des Düsenkörpers, von der Eintrittseite zur Austrittsfläche des Düsenkör ¬ pers nach außen weg von der Längsachse geneigt sind. Bei einer alternativen konstruktiven Maßnahme sind die Heizsauerstoffbohrungen unter einem Winkel von mindestens 1°, bezogen auf die Längsachse des Düsenkörpers, von der Eintrittseite zur Austrittsfläche des Düsenkörpers nach innen hin zur Längsachse geneigt.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass eine Ringnut für die Heizsauerstoffbohrungen und/oder eine Ringnut für die Heizgasbohrungen an der Bodenfläche des topfartigen zy ¬ lindrischen Freiraums ausgebildet ist.
Durch die erfindungsgemäße Ringnut für die Heizsauer ¬ stoffbohrungen und/oder die Ringnut für die Heizgasboh- rungen an der Bodenfläche des topfartigen zylindrischen Freiraums des Düsenkörpers schlägt der Heizsauerstoff austrittsseitig mehr gegen die zylindrische Wand des topfartigen zylindrischen Freiraums auf. Dadurch entsteht eine bessere Mischung von Heizsauerstoff und Heizgas. Da- bei wird der Heizsauerstoff in Drehung versetzt, d.h. dieser erhält einen Drall, wobei sich ein Luftschleier bzw. Luftschutzmantel aus Heizsauerstoff bildet, der sich um die Schneidflamme legt. Somit wird der Heizsauerstoff gewissermaßen um die Schneidflamme gewickelt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der Düsenkörper einstückig ausgebildet. Dadurch ist die Düse mit weniger Bauteilen und somit preiswerter herstellbar. Bei einer anderen Ausgestaltung der Düse sind die Aus ¬ trittsfläche und der topfartige zylindrische Freiraum un ¬ mittelbar vom Sechskant definiert uns begrenzt. Dadurch wird verhindert, dass sich auf einer sonst vorhandenen Ringbunderhöhung, die vom Sechskant zur Austrittsfläche erstreckt, während des Einsatzes der Düse im Schneidpro- zess Schlacke ablagert und festbrennt. Von Vorteil ist hierbei, dass die Gesamtlänge der Düse bzw. des Düsenkör ¬ pers verkürzt wird. Dabei sind der topfartige zylindri ¬ sche Freiraum und die Kühlsauerstoffbohrungen ebenfalls verkürzt, so dass weniger Bohrarbeiten im Düsenkörper notwendig sind und darüber hinaus Material eingespart und Gewicht reduziert werden.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand von Ausführungsbeispie ¬ len, die in den Zeichnungen dargestellt sind, näher be ¬ schrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine eingangsseitige Stirnseitenansicht der er ¬ findungsgemäßen Düse in einer ersten Ausfüh ¬ rungsform,
Fig. 2 eine Seitenansicht der Düse entlang der Linie A
- A gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine Seitenansicht der Düse entlang der Linie B
- B gemäß Fig. 1,
Fig. 4 eine Seitenansicht der Düse entlang der Linie B
- B gemäß Fig. 1 in einer alternativen Ausfüh ¬ rungsform gemäß Fig. 3,
Fig. 5 eine Seitenansicht der Düse entlang der Linie C
- C gemäß Fig. 1, und Fig. 6 eine Seitenansicht der Düse in einer zweiten Ausführungsform. Die Düse 1 gemäß den Fig. 1 bis 6 besitzt einen Düsenkör ¬ per 2, der einstückig ausgebildet ist. Umfangsseitig ist der Düsenkörper 2 teilweise mit einem Sechskant 3 verse ¬ hen, um diesen mit einem geeigneten Werkzeug an einem nicht dargestellten Schneidbrenner zu befestigen. Ein an- derer Abschnitt des Außenumfanges des Düsenkörpers 2 ist mit einem Außengewinde 4 versehen, um die Düse 1 mit ei ¬ nem Schneidbrenner zu verschrauben .
Mittig des Düsenkörpers 2 ist eine axiale Bohrung 5 aus- gebildet, die sich von der Eintrittseite 6 bis zu einem topfartigen zylindrischen Freiraum 7 an der Austrittsflä ¬ che 8 des Düsenkörpers 2 erstreckt. Die axiale Bohrung 5 besitzt an ihrem zum topfartigen zylindrischen Freiraum 7 gerichteten Endbereich eine konische Erweiterung 9, mit- tels welcher der durch die axiale Bohrung 5 strömende
Schneidsauerstoff in der Geschwindigkeit und damit seiner Energie beschleunigt wird. An diesem Ende der axialen Bohrung 5 bildet sich die Schneidflamme 10, wie in Fig. 2 dargestellt ist.
Die Düse 1 umfasst eine Mehrzahl von Heizsauerstoffboh- rungen 11, die sich nicht ganz parallel zur axialen Boh ¬ rung 5 von der Eintrittseite 6 der Düse 1 bis zum topfar ¬ tigen zylindrischen Freiraum 7 des Düsenkörpers 2 erstre- cken.
An der Eintrittseite 6 der Düse 1 ist eine Gruppe von mehreren konzentrisch angeordneten schrägen Bohrungen 12 ausgebildet, die in einem Winkel von etwa 45°, bezogen auf die axiale Bohrung 5, von der Eintrittseite 6 jeweils in eine der Heizsauerstoffbohrungen 11 im Düsenkörper 2 münden. Über die schrägen Bohrungen 12 wird zusätzlich Heizgas durch die Sogwirkung des Heizsauerstoffes in die Heizsauerstoffbohrungen 11 zugeführt. Dabei erfolgt eine Mischung des Heizsauerstoffes mit dem zusätzlichen Heiz ¬ gas im Inneren der Düse 1.
Weiterhin sind parallel zur axialen Bohrung 5 eine Mehr ¬ zahl von Heizgasbohrungen 13 ausgebildet, die in einem konzentrischen Innenring der Düse 1 angeordnet sind. Auch hier ist eine Gruppe von schrägen Bohrungen 14 vorgese- hen, die von der Außenfläche des Düsenkörpers 2 zum zy ¬ lindrischen Freiraum 7 der Düse 1 verlaufen und in diesen nahe der Austrittsfläche 8 der Düse 1 münden. Hierdurch wird zusätzlich durch die Sogwirkung der Schneidflamme 10 atmosphärische Außenluft angesaugt und legt einen Luft- schleier um die Schneidflamme 10 und vermischt sich gleichzeitig mit dem Schneidsauerstoff aus der axialen Bohrung 5 und den mit Heizgas vorgemischten Heizsauer ¬ stoff. Bereits durch die schrägen Bohrungen 12 der ersten Gruppe an der Eintrittseite der Düse 1 wird durch die Sogwirkung in den Bohrungen 11 für den Heizsauerstoff zusätzlich Heizgas angesaugt und mit dem Heizsauerstoff vermischt, um den Wirkungsgrad der Schneidflamme 10 zu verbessern.
Weiterhin wird durch die schrägen Bohrungen 14 der zwei ¬ ten Gruppe atmosphärische Außenluft infolge des Unterdru- ckes und der damit verbundenen Sogwirkung in den topfar ¬ tigen zylindrischen Freiraum 7 an der Austrittsfläche 8 der Düse 1 gesaugt und bildet in diesem Bereich einen die Schneidflamme 10 umgebenden LuftSchleier, durch den der Wirkungsgrad der Schneidflamme erhöht 10 wird.
Es sei jedoch betont, dass die Gruppen von schrägen Boh ¬ rungen 12 und 14 nicht zwingend vorhanden sein müssen. In weiterer Ausgestaltung der nachfolgend beschriebenen Aus- führungsbeispiele können diese also auch weggelassen sein .
Des Weiteren sind zusätzlich eine Anzahl von in zumindest einem konzentrischen Kreis um die axiale Bohrung 5 ange- ordneten Kühlsauerstoffbohrungen 15 vorgesehen. Diese verlaufen von der Eintrittseite 6 des Düsenkörpers 2 hin zur Austrittsfläche 8 der Düse 1 und münden außerhalb des topfartigen zylindrischen Freiraums 7. Somit sind die Kühlsauerstoffbohrungen 15 von der Eintrittseite 6 zur Austrittsfläche 8 des Düsenkörpers 2 nach außen weg ge ¬ neigt .
Wie in den Figuren 2 bis 5 dargestellt, ist eine Ringnut 16 für die Heizsauerstoffbohrungen 11 an der Bodenfläche 17 des topfartigen zylindrischen Freiraums 7 ausgebildet. In gleicher Weise ist gemäß eine weitere Ringnut 18 für die Heizgasbohrungen 13 in die Bodenfläche 16 des topfar ¬ tigen zylindrischen Freiraums 7 eingebracht. Des Weiteren sind, wie in Fig. 3 dargestellt, die Heiz ¬ sauerstoffbohrungen 11 unter einem Winkel von mindestens 1° - bezogen auf die Längsachse 19 des Düsenkörpers 2 - von der Eintrittseite 6 zur Austrittsfläche 8 des Düsen ¬ körpers 2 geneigt. In der gezeigten Ausführungsform sind die Heizsauerstoffbohrungen 11 von der Eintrittseite 6 zur Austrittsfläche 8 des Düsenkörpers nach außen weg von der Längsachse 19 des Düsenkörpers 2 geneigt.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform sind die Heizsauerstoffbohrungen 11 stattdessen unter einem Winkel von mindestens 1° von der Eintrittseite 6 zur Austritts- fläche 8 des Düsenkörpers 2 nach innen hin zur Längsachse 19 geneigt.
Die Fig. 1 bis 5 zeigen den Düsenkörper 2 der Düse 1 mit einer ausgangsseitig am Sechskant 3 ausgebildeten und ge- genüber diesem verjüngten Ringnuterhöhung 20, die teil ¬ weise die Wandung des topfartigen zylindrischen Freiraums 7 bildet.
Gemäß der Ausführungsform in Fig. 6 ist die Ringnuterhö- hung nicht vorhanden, so dass das Sechskant 3 unmittelbar die Austrittsfläche 8 der Düse 1 definiert und begrenzt. Dabei ist der topfartige zylindrische Freiraum 7 weniger tief und die Gesamtlänge der Düse 1 verkürzt. Dabei ist es auch möglich, den Neigungswinkel der Kühlsauerstoff- bohrungen 15 zu vergrößern, so dass diese weiter nach au ¬ ßen, bezogen auf die Längsachse 19, an der Austrittsflä ¬ che 8 münden. Liste der Bezugszeichen
1 Düse
2 Düsenkörper
3 Sechskant
4 Außengewinde
5 axiale Bohrung
6 Eintritt seite
7 Freiraum
8 Austrittsfläche
9 konische Erweiterung
10 Schneidflamme
11 Heizsauerstoff ohrungen
12 schräge Bohrungen
13 Heizgasbohrungen
14 schräge Bohrungen
15 Kühlsauerstoffbohrungen
16 Ringnut
17 Bodenfläche
18 Ringnut
19 Längsachse
20 Ringnuterhöhung